Fotometría Lámparas y luminarias -...
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. La luz y la visión La luz natural y artificial excita nuestros ojos permitiéndonos la visión del mundo que nos rodea. La naturaleza de la luz, el color, la fisiología y el funcionamiento del ojo y los factores que influyen en la visión son los temas tratados aquí. Fotometría Para el estudio de la luz es necesario definir magnitudes y unidades de medida. Y gráficos y diagramas que permitan un uso eficaz de la información obtenida de las fuentes de luz. Lámparas y luminarias Estudio de las características luminosas y constructivas de los diferentes tipos de fuentes de luz artificiales y de los aparatos donde se instalan. Luz y sentido de la visión, dos caras de la misma moneda. Sin una la otra no tiene sentido. Sin luz los ojos no podría percibir las formas, los colores de los objetos y, en definitiva, el mundo que nos rodea. Sin una visión que interpretara la luz, esta no serviría de nada. La luz La naturaleza de la luz y sus propiedades básicas. La visión El ojo humano y el proceso de formación de la imagen con los factores que influyen en ella. El color Introducción al mundo del color. Las sensaciones que transmite y su naturaleza. La luz, que llega a nuestros ojos y nos permite ver, es un pequeño conjunto de radiaciones electromagnéticas de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm y los 770 nm.
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La luz y la visioacuten
La luz natural y artificial excita nuestros ojos permitieacutendonos la visioacuten del mundo que nos rodea La naturaleza de la luz el color la fisiologiacutea y el funcionamiento del ojo y los factores que influyen en la visioacuten son los temas tratados aquiacute
Fotometriacutea
Para el estudio de la luz es necesario definir magnitudes y unidades de medida Y graacuteficos y diagramas que permitan un uso eficaz de la informacioacuten obtenida de las fuentes de luz
Laacutemparas y luminarias
Estudio de las caracteriacutesticas luminosas y constructivas de los diferentes tipos de fuentes de luz artificiales y de los aparatos donde se instalan
Luz y sentido de la visioacuten dos caras de la misma moneda Sin una la otra no tiene sentido Sin luz los ojos no podriacutea percibir las formas los colores de los objetos y en definitiva el mundo que nos rodea Sin una visioacuten que interpretara la luz esta no serviriacutea de nada
La luz
La naturaleza de la luz y sus propiedades baacutesicas
La visioacuten
El ojo humano y el proceso de formacioacuten de la imagen con los factores que influyen en ella
El color
Introduccioacuten al mundo del color Las sensaciones que transmite y su naturaleza
La luz que llega a nuestros ojos y nos permite ver es un pequentildeo conjunto de radiaciones
electromagneacuteticas de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm y los 770 nm
El espectro electromagneacutetico
La luz forma parte del espectro electromagneacutetico que comprende tipos de ondas tan dispares
como los rayos coacutesmicos los rayos gamma los ultravioletas los infrarrojos y las ondas de radio
o televisioacuten entre otros Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido por
una magnitud caracteriacutestica que puede ser la longitud de onda ( ) o la frecuencia (f)
Recordemos que la relacioacuten entre ambas es
donde c es la velocidad de la luz en el vaciacuteo (c = 3middot108 ms)
Espectro Electromagneacutetico
Propiedades de la luz
Cuando la luz encuentra un obstaacuteculo en su camino choca contra la superficie de este y una
parte es reflejada Si el cuerpo es opaco el resto de la luz seraacute absorbida Si es transparente una
parte seraacute absorbida como en el caso anterior y el resto atravesaraacute el cuerpo transmitiendose Asiacute
pues tenemos tres posibilidades
Reflexioacuten Transmisioacuten-refraccioacuten Absorcioacuten
Para cada una se define un coeficiente que nos da el porcentaje correspondiente en tanto por
uno Son el factor de reflexioacuten ( )el de transmisioacuten ( ) y el de absorcioacuten ( ) que cumplen
La luz tiene tambieacuten otras propiedades como la polarizacioacuten la interferencia la difraccioacuten o el
efecto fotoeleacutectrico pero estas tres son las maacutes importantes en luminotecnia
La reflexioacuten es un fenoacutemeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de
separacioacuten de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmoacutesfera liacutequidos como el agua o
soacutelidos) y estaacute regida por la ley de la reflexioacuten La direccioacuten en que sale reflejada la luz viene
determinada por el tipo de superficie Si es una superficie brillante o pulida se produce la
reflexioacuten regular en que toda la luz sale en una uacutenica direccioacuten Si la superficie es mate y la luz
sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexioacuten difusa Y por uacuteltimo estaacute el caso
intermedio reflexioacuten mixta en que predomina una direccioacuten sobre las demaacutes Esto se da en
superficies metaacutelicas sin pulir barnices papel brillante etc
La refraccioacuten se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una
superficie de separacioacuten entre medios diferentes seguacuten la ley de la refraccioacuten Esto se debe a que
la velocidad de propagacioacuten de la luz en cada uno de ellos es diferente
La transmisioacuten se puede considerar una doble refraccioacuten Si pensamos en un cristal la luz
sufre una primera refraccioacuten al pasar del aire al vidrio sigue su camino y vuelve a refractarse al
pasar de nuevo al aire Si despueacutes de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria
se dice que la transmisioacuten es regular como pasa en los vidrios transparentes Si se difunde en
todas direcciones tenemos la transmisioacuten difusa que es lo que pasa en los vidrios transluacutecidos Y
si predomina una direccioacuten sobre las demaacutes tenemos la mixta como ocurre en los vidrios
orgaacutenicos o en los cristales de superficie labrada
La absorcioacuten es un proceso muy ligado al color El ojo humano soacutelo es sensible a las
radiaciones pertenecientes a un pequentildeo intervalo del espectro electromagneacutetico Son los
colores que mezclados forman la luz blanca Su distribucioacuten espectral aproximada es
Tipo de radiacioacuten Longitudes de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen son
absorbidos por la superficie y el resto son reflejados Las componentes reflejadas son las que
determinan el color que percibimos Si las refleja todas es blanco y si las absorbe todas es negro
Un objeto es rojo porque refleja la luz roja y absorbe las demaacutes componentes de la luz blanca Si
iluminamos el mismo objeto con luz azul lo veremos negro porque el cuerpo absorbe esta
componente y no refleja ninguna Queda claro entonces que el color con que percibimos un
objeto depende del tipo de luz que le enviamos y de los colores que este sea capaz de reflejar
El ojo humano es un oacutergano sensitivo muy complejo que recibe la luz procedente de los objetos la enfoca sobre la retina formando una imagen y la transforma en informacioacuten comprensible para el cerebro La existencia de dos ojos nos permite una visioacuten panoraacutemica y binocular del mundo circundante y la capacidad del cerebro para combinar ambas imaacutegenes produce una visioacuten tridimensional o estereoscoacutepica
Fisiologiacutea
Una descripcioacuten fiacutesica de los componentes del ojo la coacuternea la retina el cristalino etc
El proceso visual y sus caracteriacutesticas
Sensibilidad acomodacioacuten adaptacioacuten y campo visual son caracteriacutesticas que determinan coacutemo es la percepcioacuten del mundo que nos rodea
Factores que influyen en la visioacuten
Tamantildeo agudeza visual contraste y tiempo son factores que determinan la nitidez y el tiempo de respuesta del ojo ante un entorno cambiante
El ojo humano estaacute formado por un grupo oacuteptico - la coacuternea el iris la pupila y el cristalino- uno fotorreceptor - la retina- y otros elementos accesorios encargados de diversas tareas como proteccioacuten transmisioacuten de informacioacuten nerviosa alimentacioacuten mantenimiento de la forma etc
A menudo se compara el funcionamiento del ojo con el de una caacutemara fotograacutefica La pupila
actuariacutea de diafragma la retina de peliacutecula la coacuternea de lente y el cristalino seriacutea equivalente a
acercar o alejar la caacutemara del objeto para conseguir un buen enfoque La analogiacutea no acaba aquiacute
pues al igual que en la caacutemara de fotos la imagen que se forma sobre la retina estaacute invertida
Pero esto no supone ninguacuten problema ya que el cerebro se encarga de darle la vuelta para que la
veamos correctamente
La sensibilidad y los tipos de visioacuten
Al igual que en la fotografiacutea la cantidad de luz juega un papel importante en la visioacuten Asiacute en
condiciones de buena iluminacioacuten (maacutes de 3 cdm2) como ocurre de diacutea la visioacuten es niacutetida
detallada y se distinguen muy bien los colores es la visioacuten fotoacutepica Para niveles inferiores a
025 cdm2 desaparece la sensacioacuten de color y la visioacuten es maacutes sensible a los tonos azules y a la
intensidad de la luz Es la llamada visioacuten escotoacutepica En situaciones intermedias la capacidad
para distinguir los colores disminuye a medida que baja la cantidad de luz pasando de una gran
sensibilidad hacia el amarillo a una hacia el azul Es la visioacuten mesioacutepica
En estas condiciones se definen unas curvas de sensibilidad del ojo a la luz visible para un
determinado observador patroacuten que tiene un maacuteximo de longitud de onda de 555 nm (amarillo
verdoso) para la visioacuten fotoacutepica y otro de 480 nm (azul verdoso) para la visioacuten escotoacutepica Al
desplazamiento del maacuteximo de la curva al disminuir la cantidad de luz recibida se llama efecto
Purkinje
Curvas de sensibilidad del ojo
Toda fuente de luz que emita en valores cercanos al maacuteximo de la visioacuten diurna (555 nm) tendraacute un rendimiento energeacutetico oacuteptimo porque produciraacute la maacutexima sensacioacuten luminosa en el ojo con el miacutenimo consumo de energiacutea No obstante si la fuente no ofrece una buena reproduccioacuten cromaacutetica puede provocar resultados contraproducentes
La acomodacioacuten
Se llama acomodacioacuten a la capacidad del ojo para enfocar automaacuteticamente objetos situados a
diferentes distancias Esta funcioacuten se lleva a cabo en el cristalino que variacutea su forma al efecto
Pero esta capacidad se va perdiendo con los antildeos debido a la peacuterdida de elasticidad que sufre es
lo que se conoce como presbicia o vista cansada y hace que aumente la distancia focal y la
cantidad de luz miacutenima necesaria para que se forme una imagen niacutetida
La adaptacioacuten
La adaptacioacuten es la facultad del ojo para ajustarse automaacuteticamente a cambios en los niveles de
iluminacioacuten Se debe a la capacidad del iris para regular la abertura de la pupila y a cambios
fotoquiacutemicos en la retina Para pasar de ambientes oscuros a luminosos el proceso es muy
raacutepido pero en caso contrario es mucho maacutes lento Al cabo de un minuto se tiene una adaptacioacuten
aceptable A medida que pasa el tiempo vemos mejor en la oscuridad y a la media hora ya
vemos bastante bien La adaptacioacuten completa se produce pasada una hora
El campo visual
Volviendo al ejemplo de la caacutemara de fotos el ojo humano tambieacuten dispone de un campo
visual Cada ojo ve aproximadamente 150ordm sobre el plano horizontal y con la superposicioacuten de
ambos se abarcan los 180ordm Sobre el plano vertical soacutelo son unos 130ordm 60ordm por encima de la
horizontal y 70ordm por debajo
El campo visual de cada ojo es de tipo monocular sin sensacioacuten de profundidad siendo la
visioacuten en la zona de superposicioacuten de ambos campos del tipo binocular La sensacioacuten de
profundidad o visioacuten tridimensional se produce en el cerebro cuando este superpone e interpreta
ambas imaacutegenes
Los factores externos que influyen sobre la formacioacuten de una buena imagen en la retina pueden
dividirse en dos clases los subjetivos y los objetivos Los primeros dependen del propio
individuo como su salud visual (depende de la edad y del deterioro de la vista) el nivel de
atencioacuten en lo que mira si estaacute en reposo o en movimiento o la comodidad visual (nivel de
iluminacioacuten y deslumbramiento) Mientras que los segundos dependen de lo que estemos
mirando del objeto visual Son los factores objetivos y son el tamantildeo la agudeza visual el
contraste y el tiempo
El tamantildeo
El tamantildeo aparente de un cuerpo en relacioacuten con el resto de los elementos que forman el campo
visual es un factor importante para distinguirlo con rapidez Si analizamos las fotos vemos que
la iglesia de la foto de la izquierda parece maacutes pequentildea que la de la derecha Comparada con
otros objetos maacutes cercanos como el aacuterbol que hay en primer plano parece pequentildea Pero vista
de cerca parece muy grande iquestQueacute ha ocurrido si el tamantildeo real del edificio es el mismo Lo
que ha pasado es que el aacutengulo visual del ojo abarcado por la construccioacuten respecto al ocupado
por el fondo ha aumentado
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
El espectro electromagneacutetico
La luz forma parte del espectro electromagneacutetico que comprende tipos de ondas tan dispares
como los rayos coacutesmicos los rayos gamma los ultravioletas los infrarrojos y las ondas de radio
o televisioacuten entre otros Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido por
una magnitud caracteriacutestica que puede ser la longitud de onda ( ) o la frecuencia (f)
Recordemos que la relacioacuten entre ambas es
donde c es la velocidad de la luz en el vaciacuteo (c = 3middot108 ms)
Espectro Electromagneacutetico
Propiedades de la luz
Cuando la luz encuentra un obstaacuteculo en su camino choca contra la superficie de este y una
parte es reflejada Si el cuerpo es opaco el resto de la luz seraacute absorbida Si es transparente una
parte seraacute absorbida como en el caso anterior y el resto atravesaraacute el cuerpo transmitiendose Asiacute
pues tenemos tres posibilidades
Reflexioacuten Transmisioacuten-refraccioacuten Absorcioacuten
Para cada una se define un coeficiente que nos da el porcentaje correspondiente en tanto por
uno Son el factor de reflexioacuten ( )el de transmisioacuten ( ) y el de absorcioacuten ( ) que cumplen
La luz tiene tambieacuten otras propiedades como la polarizacioacuten la interferencia la difraccioacuten o el
efecto fotoeleacutectrico pero estas tres son las maacutes importantes en luminotecnia
La reflexioacuten es un fenoacutemeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de
separacioacuten de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmoacutesfera liacutequidos como el agua o
soacutelidos) y estaacute regida por la ley de la reflexioacuten La direccioacuten en que sale reflejada la luz viene
determinada por el tipo de superficie Si es una superficie brillante o pulida se produce la
reflexioacuten regular en que toda la luz sale en una uacutenica direccioacuten Si la superficie es mate y la luz
sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexioacuten difusa Y por uacuteltimo estaacute el caso
intermedio reflexioacuten mixta en que predomina una direccioacuten sobre las demaacutes Esto se da en
superficies metaacutelicas sin pulir barnices papel brillante etc
La refraccioacuten se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una
superficie de separacioacuten entre medios diferentes seguacuten la ley de la refraccioacuten Esto se debe a que
la velocidad de propagacioacuten de la luz en cada uno de ellos es diferente
La transmisioacuten se puede considerar una doble refraccioacuten Si pensamos en un cristal la luz
sufre una primera refraccioacuten al pasar del aire al vidrio sigue su camino y vuelve a refractarse al
pasar de nuevo al aire Si despueacutes de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria
se dice que la transmisioacuten es regular como pasa en los vidrios transparentes Si se difunde en
todas direcciones tenemos la transmisioacuten difusa que es lo que pasa en los vidrios transluacutecidos Y
si predomina una direccioacuten sobre las demaacutes tenemos la mixta como ocurre en los vidrios
orgaacutenicos o en los cristales de superficie labrada
La absorcioacuten es un proceso muy ligado al color El ojo humano soacutelo es sensible a las
radiaciones pertenecientes a un pequentildeo intervalo del espectro electromagneacutetico Son los
colores que mezclados forman la luz blanca Su distribucioacuten espectral aproximada es
Tipo de radiacioacuten Longitudes de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen son
absorbidos por la superficie y el resto son reflejados Las componentes reflejadas son las que
determinan el color que percibimos Si las refleja todas es blanco y si las absorbe todas es negro
Un objeto es rojo porque refleja la luz roja y absorbe las demaacutes componentes de la luz blanca Si
iluminamos el mismo objeto con luz azul lo veremos negro porque el cuerpo absorbe esta
componente y no refleja ninguna Queda claro entonces que el color con que percibimos un
objeto depende del tipo de luz que le enviamos y de los colores que este sea capaz de reflejar
El ojo humano es un oacutergano sensitivo muy complejo que recibe la luz procedente de los objetos la enfoca sobre la retina formando una imagen y la transforma en informacioacuten comprensible para el cerebro La existencia de dos ojos nos permite una visioacuten panoraacutemica y binocular del mundo circundante y la capacidad del cerebro para combinar ambas imaacutegenes produce una visioacuten tridimensional o estereoscoacutepica
Fisiologiacutea
Una descripcioacuten fiacutesica de los componentes del ojo la coacuternea la retina el cristalino etc
El proceso visual y sus caracteriacutesticas
Sensibilidad acomodacioacuten adaptacioacuten y campo visual son caracteriacutesticas que determinan coacutemo es la percepcioacuten del mundo que nos rodea
Factores que influyen en la visioacuten
Tamantildeo agudeza visual contraste y tiempo son factores que determinan la nitidez y el tiempo de respuesta del ojo ante un entorno cambiante
El ojo humano estaacute formado por un grupo oacuteptico - la coacuternea el iris la pupila y el cristalino- uno fotorreceptor - la retina- y otros elementos accesorios encargados de diversas tareas como proteccioacuten transmisioacuten de informacioacuten nerviosa alimentacioacuten mantenimiento de la forma etc
A menudo se compara el funcionamiento del ojo con el de una caacutemara fotograacutefica La pupila
actuariacutea de diafragma la retina de peliacutecula la coacuternea de lente y el cristalino seriacutea equivalente a
acercar o alejar la caacutemara del objeto para conseguir un buen enfoque La analogiacutea no acaba aquiacute
pues al igual que en la caacutemara de fotos la imagen que se forma sobre la retina estaacute invertida
Pero esto no supone ninguacuten problema ya que el cerebro se encarga de darle la vuelta para que la
veamos correctamente
La sensibilidad y los tipos de visioacuten
Al igual que en la fotografiacutea la cantidad de luz juega un papel importante en la visioacuten Asiacute en
condiciones de buena iluminacioacuten (maacutes de 3 cdm2) como ocurre de diacutea la visioacuten es niacutetida
detallada y se distinguen muy bien los colores es la visioacuten fotoacutepica Para niveles inferiores a
025 cdm2 desaparece la sensacioacuten de color y la visioacuten es maacutes sensible a los tonos azules y a la
intensidad de la luz Es la llamada visioacuten escotoacutepica En situaciones intermedias la capacidad
para distinguir los colores disminuye a medida que baja la cantidad de luz pasando de una gran
sensibilidad hacia el amarillo a una hacia el azul Es la visioacuten mesioacutepica
En estas condiciones se definen unas curvas de sensibilidad del ojo a la luz visible para un
determinado observador patroacuten que tiene un maacuteximo de longitud de onda de 555 nm (amarillo
verdoso) para la visioacuten fotoacutepica y otro de 480 nm (azul verdoso) para la visioacuten escotoacutepica Al
desplazamiento del maacuteximo de la curva al disminuir la cantidad de luz recibida se llama efecto
Purkinje
Curvas de sensibilidad del ojo
Toda fuente de luz que emita en valores cercanos al maacuteximo de la visioacuten diurna (555 nm) tendraacute un rendimiento energeacutetico oacuteptimo porque produciraacute la maacutexima sensacioacuten luminosa en el ojo con el miacutenimo consumo de energiacutea No obstante si la fuente no ofrece una buena reproduccioacuten cromaacutetica puede provocar resultados contraproducentes
La acomodacioacuten
Se llama acomodacioacuten a la capacidad del ojo para enfocar automaacuteticamente objetos situados a
diferentes distancias Esta funcioacuten se lleva a cabo en el cristalino que variacutea su forma al efecto
Pero esta capacidad se va perdiendo con los antildeos debido a la peacuterdida de elasticidad que sufre es
lo que se conoce como presbicia o vista cansada y hace que aumente la distancia focal y la
cantidad de luz miacutenima necesaria para que se forme una imagen niacutetida
La adaptacioacuten
La adaptacioacuten es la facultad del ojo para ajustarse automaacuteticamente a cambios en los niveles de
iluminacioacuten Se debe a la capacidad del iris para regular la abertura de la pupila y a cambios
fotoquiacutemicos en la retina Para pasar de ambientes oscuros a luminosos el proceso es muy
raacutepido pero en caso contrario es mucho maacutes lento Al cabo de un minuto se tiene una adaptacioacuten
aceptable A medida que pasa el tiempo vemos mejor en la oscuridad y a la media hora ya
vemos bastante bien La adaptacioacuten completa se produce pasada una hora
El campo visual
Volviendo al ejemplo de la caacutemara de fotos el ojo humano tambieacuten dispone de un campo
visual Cada ojo ve aproximadamente 150ordm sobre el plano horizontal y con la superposicioacuten de
ambos se abarcan los 180ordm Sobre el plano vertical soacutelo son unos 130ordm 60ordm por encima de la
horizontal y 70ordm por debajo
El campo visual de cada ojo es de tipo monocular sin sensacioacuten de profundidad siendo la
visioacuten en la zona de superposicioacuten de ambos campos del tipo binocular La sensacioacuten de
profundidad o visioacuten tridimensional se produce en el cerebro cuando este superpone e interpreta
ambas imaacutegenes
Los factores externos que influyen sobre la formacioacuten de una buena imagen en la retina pueden
dividirse en dos clases los subjetivos y los objetivos Los primeros dependen del propio
individuo como su salud visual (depende de la edad y del deterioro de la vista) el nivel de
atencioacuten en lo que mira si estaacute en reposo o en movimiento o la comodidad visual (nivel de
iluminacioacuten y deslumbramiento) Mientras que los segundos dependen de lo que estemos
mirando del objeto visual Son los factores objetivos y son el tamantildeo la agudeza visual el
contraste y el tiempo
El tamantildeo
El tamantildeo aparente de un cuerpo en relacioacuten con el resto de los elementos que forman el campo
visual es un factor importante para distinguirlo con rapidez Si analizamos las fotos vemos que
la iglesia de la foto de la izquierda parece maacutes pequentildea que la de la derecha Comparada con
otros objetos maacutes cercanos como el aacuterbol que hay en primer plano parece pequentildea Pero vista
de cerca parece muy grande iquestQueacute ha ocurrido si el tamantildeo real del edificio es el mismo Lo
que ha pasado es que el aacutengulo visual del ojo abarcado por la construccioacuten respecto al ocupado
por el fondo ha aumentado
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
La reflexioacuten es un fenoacutemeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de
separacioacuten de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmoacutesfera liacutequidos como el agua o
soacutelidos) y estaacute regida por la ley de la reflexioacuten La direccioacuten en que sale reflejada la luz viene
determinada por el tipo de superficie Si es una superficie brillante o pulida se produce la
reflexioacuten regular en que toda la luz sale en una uacutenica direccioacuten Si la superficie es mate y la luz
sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexioacuten difusa Y por uacuteltimo estaacute el caso
intermedio reflexioacuten mixta en que predomina una direccioacuten sobre las demaacutes Esto se da en
superficies metaacutelicas sin pulir barnices papel brillante etc
La refraccioacuten se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una
superficie de separacioacuten entre medios diferentes seguacuten la ley de la refraccioacuten Esto se debe a que
la velocidad de propagacioacuten de la luz en cada uno de ellos es diferente
La transmisioacuten se puede considerar una doble refraccioacuten Si pensamos en un cristal la luz
sufre una primera refraccioacuten al pasar del aire al vidrio sigue su camino y vuelve a refractarse al
pasar de nuevo al aire Si despueacutes de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria
se dice que la transmisioacuten es regular como pasa en los vidrios transparentes Si se difunde en
todas direcciones tenemos la transmisioacuten difusa que es lo que pasa en los vidrios transluacutecidos Y
si predomina una direccioacuten sobre las demaacutes tenemos la mixta como ocurre en los vidrios
orgaacutenicos o en los cristales de superficie labrada
La absorcioacuten es un proceso muy ligado al color El ojo humano soacutelo es sensible a las
radiaciones pertenecientes a un pequentildeo intervalo del espectro electromagneacutetico Son los
colores que mezclados forman la luz blanca Su distribucioacuten espectral aproximada es
Tipo de radiacioacuten Longitudes de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen son
absorbidos por la superficie y el resto son reflejados Las componentes reflejadas son las que
determinan el color que percibimos Si las refleja todas es blanco y si las absorbe todas es negro
Un objeto es rojo porque refleja la luz roja y absorbe las demaacutes componentes de la luz blanca Si
iluminamos el mismo objeto con luz azul lo veremos negro porque el cuerpo absorbe esta
componente y no refleja ninguna Queda claro entonces que el color con que percibimos un
objeto depende del tipo de luz que le enviamos y de los colores que este sea capaz de reflejar
El ojo humano es un oacutergano sensitivo muy complejo que recibe la luz procedente de los objetos la enfoca sobre la retina formando una imagen y la transforma en informacioacuten comprensible para el cerebro La existencia de dos ojos nos permite una visioacuten panoraacutemica y binocular del mundo circundante y la capacidad del cerebro para combinar ambas imaacutegenes produce una visioacuten tridimensional o estereoscoacutepica
Fisiologiacutea
Una descripcioacuten fiacutesica de los componentes del ojo la coacuternea la retina el cristalino etc
El proceso visual y sus caracteriacutesticas
Sensibilidad acomodacioacuten adaptacioacuten y campo visual son caracteriacutesticas que determinan coacutemo es la percepcioacuten del mundo que nos rodea
Factores que influyen en la visioacuten
Tamantildeo agudeza visual contraste y tiempo son factores que determinan la nitidez y el tiempo de respuesta del ojo ante un entorno cambiante
El ojo humano estaacute formado por un grupo oacuteptico - la coacuternea el iris la pupila y el cristalino- uno fotorreceptor - la retina- y otros elementos accesorios encargados de diversas tareas como proteccioacuten transmisioacuten de informacioacuten nerviosa alimentacioacuten mantenimiento de la forma etc
A menudo se compara el funcionamiento del ojo con el de una caacutemara fotograacutefica La pupila
actuariacutea de diafragma la retina de peliacutecula la coacuternea de lente y el cristalino seriacutea equivalente a
acercar o alejar la caacutemara del objeto para conseguir un buen enfoque La analogiacutea no acaba aquiacute
pues al igual que en la caacutemara de fotos la imagen que se forma sobre la retina estaacute invertida
Pero esto no supone ninguacuten problema ya que el cerebro se encarga de darle la vuelta para que la
veamos correctamente
La sensibilidad y los tipos de visioacuten
Al igual que en la fotografiacutea la cantidad de luz juega un papel importante en la visioacuten Asiacute en
condiciones de buena iluminacioacuten (maacutes de 3 cdm2) como ocurre de diacutea la visioacuten es niacutetida
detallada y se distinguen muy bien los colores es la visioacuten fotoacutepica Para niveles inferiores a
025 cdm2 desaparece la sensacioacuten de color y la visioacuten es maacutes sensible a los tonos azules y a la
intensidad de la luz Es la llamada visioacuten escotoacutepica En situaciones intermedias la capacidad
para distinguir los colores disminuye a medida que baja la cantidad de luz pasando de una gran
sensibilidad hacia el amarillo a una hacia el azul Es la visioacuten mesioacutepica
En estas condiciones se definen unas curvas de sensibilidad del ojo a la luz visible para un
determinado observador patroacuten que tiene un maacuteximo de longitud de onda de 555 nm (amarillo
verdoso) para la visioacuten fotoacutepica y otro de 480 nm (azul verdoso) para la visioacuten escotoacutepica Al
desplazamiento del maacuteximo de la curva al disminuir la cantidad de luz recibida se llama efecto
Purkinje
Curvas de sensibilidad del ojo
Toda fuente de luz que emita en valores cercanos al maacuteximo de la visioacuten diurna (555 nm) tendraacute un rendimiento energeacutetico oacuteptimo porque produciraacute la maacutexima sensacioacuten luminosa en el ojo con el miacutenimo consumo de energiacutea No obstante si la fuente no ofrece una buena reproduccioacuten cromaacutetica puede provocar resultados contraproducentes
La acomodacioacuten
Se llama acomodacioacuten a la capacidad del ojo para enfocar automaacuteticamente objetos situados a
diferentes distancias Esta funcioacuten se lleva a cabo en el cristalino que variacutea su forma al efecto
Pero esta capacidad se va perdiendo con los antildeos debido a la peacuterdida de elasticidad que sufre es
lo que se conoce como presbicia o vista cansada y hace que aumente la distancia focal y la
cantidad de luz miacutenima necesaria para que se forme una imagen niacutetida
La adaptacioacuten
La adaptacioacuten es la facultad del ojo para ajustarse automaacuteticamente a cambios en los niveles de
iluminacioacuten Se debe a la capacidad del iris para regular la abertura de la pupila y a cambios
fotoquiacutemicos en la retina Para pasar de ambientes oscuros a luminosos el proceso es muy
raacutepido pero en caso contrario es mucho maacutes lento Al cabo de un minuto se tiene una adaptacioacuten
aceptable A medida que pasa el tiempo vemos mejor en la oscuridad y a la media hora ya
vemos bastante bien La adaptacioacuten completa se produce pasada una hora
El campo visual
Volviendo al ejemplo de la caacutemara de fotos el ojo humano tambieacuten dispone de un campo
visual Cada ojo ve aproximadamente 150ordm sobre el plano horizontal y con la superposicioacuten de
ambos se abarcan los 180ordm Sobre el plano vertical soacutelo son unos 130ordm 60ordm por encima de la
horizontal y 70ordm por debajo
El campo visual de cada ojo es de tipo monocular sin sensacioacuten de profundidad siendo la
visioacuten en la zona de superposicioacuten de ambos campos del tipo binocular La sensacioacuten de
profundidad o visioacuten tridimensional se produce en el cerebro cuando este superpone e interpreta
ambas imaacutegenes
Los factores externos que influyen sobre la formacioacuten de una buena imagen en la retina pueden
dividirse en dos clases los subjetivos y los objetivos Los primeros dependen del propio
individuo como su salud visual (depende de la edad y del deterioro de la vista) el nivel de
atencioacuten en lo que mira si estaacute en reposo o en movimiento o la comodidad visual (nivel de
iluminacioacuten y deslumbramiento) Mientras que los segundos dependen de lo que estemos
mirando del objeto visual Son los factores objetivos y son el tamantildeo la agudeza visual el
contraste y el tiempo
El tamantildeo
El tamantildeo aparente de un cuerpo en relacioacuten con el resto de los elementos que forman el campo
visual es un factor importante para distinguirlo con rapidez Si analizamos las fotos vemos que
la iglesia de la foto de la izquierda parece maacutes pequentildea que la de la derecha Comparada con
otros objetos maacutes cercanos como el aacuterbol que hay en primer plano parece pequentildea Pero vista
de cerca parece muy grande iquestQueacute ha ocurrido si el tamantildeo real del edificio es el mismo Lo
que ha pasado es que el aacutengulo visual del ojo abarcado por la construccioacuten respecto al ocupado
por el fondo ha aumentado
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen son
absorbidos por la superficie y el resto son reflejados Las componentes reflejadas son las que
determinan el color que percibimos Si las refleja todas es blanco y si las absorbe todas es negro
Un objeto es rojo porque refleja la luz roja y absorbe las demaacutes componentes de la luz blanca Si
iluminamos el mismo objeto con luz azul lo veremos negro porque el cuerpo absorbe esta
componente y no refleja ninguna Queda claro entonces que el color con que percibimos un
objeto depende del tipo de luz que le enviamos y de los colores que este sea capaz de reflejar
El ojo humano es un oacutergano sensitivo muy complejo que recibe la luz procedente de los objetos la enfoca sobre la retina formando una imagen y la transforma en informacioacuten comprensible para el cerebro La existencia de dos ojos nos permite una visioacuten panoraacutemica y binocular del mundo circundante y la capacidad del cerebro para combinar ambas imaacutegenes produce una visioacuten tridimensional o estereoscoacutepica
Fisiologiacutea
Una descripcioacuten fiacutesica de los componentes del ojo la coacuternea la retina el cristalino etc
El proceso visual y sus caracteriacutesticas
Sensibilidad acomodacioacuten adaptacioacuten y campo visual son caracteriacutesticas que determinan coacutemo es la percepcioacuten del mundo que nos rodea
Factores que influyen en la visioacuten
Tamantildeo agudeza visual contraste y tiempo son factores que determinan la nitidez y el tiempo de respuesta del ojo ante un entorno cambiante
El ojo humano estaacute formado por un grupo oacuteptico - la coacuternea el iris la pupila y el cristalino- uno fotorreceptor - la retina- y otros elementos accesorios encargados de diversas tareas como proteccioacuten transmisioacuten de informacioacuten nerviosa alimentacioacuten mantenimiento de la forma etc
A menudo se compara el funcionamiento del ojo con el de una caacutemara fotograacutefica La pupila
actuariacutea de diafragma la retina de peliacutecula la coacuternea de lente y el cristalino seriacutea equivalente a
acercar o alejar la caacutemara del objeto para conseguir un buen enfoque La analogiacutea no acaba aquiacute
pues al igual que en la caacutemara de fotos la imagen que se forma sobre la retina estaacute invertida
Pero esto no supone ninguacuten problema ya que el cerebro se encarga de darle la vuelta para que la
veamos correctamente
La sensibilidad y los tipos de visioacuten
Al igual que en la fotografiacutea la cantidad de luz juega un papel importante en la visioacuten Asiacute en
condiciones de buena iluminacioacuten (maacutes de 3 cdm2) como ocurre de diacutea la visioacuten es niacutetida
detallada y se distinguen muy bien los colores es la visioacuten fotoacutepica Para niveles inferiores a
025 cdm2 desaparece la sensacioacuten de color y la visioacuten es maacutes sensible a los tonos azules y a la
intensidad de la luz Es la llamada visioacuten escotoacutepica En situaciones intermedias la capacidad
para distinguir los colores disminuye a medida que baja la cantidad de luz pasando de una gran
sensibilidad hacia el amarillo a una hacia el azul Es la visioacuten mesioacutepica
En estas condiciones se definen unas curvas de sensibilidad del ojo a la luz visible para un
determinado observador patroacuten que tiene un maacuteximo de longitud de onda de 555 nm (amarillo
verdoso) para la visioacuten fotoacutepica y otro de 480 nm (azul verdoso) para la visioacuten escotoacutepica Al
desplazamiento del maacuteximo de la curva al disminuir la cantidad de luz recibida se llama efecto
Purkinje
Curvas de sensibilidad del ojo
Toda fuente de luz que emita en valores cercanos al maacuteximo de la visioacuten diurna (555 nm) tendraacute un rendimiento energeacutetico oacuteptimo porque produciraacute la maacutexima sensacioacuten luminosa en el ojo con el miacutenimo consumo de energiacutea No obstante si la fuente no ofrece una buena reproduccioacuten cromaacutetica puede provocar resultados contraproducentes
La acomodacioacuten
Se llama acomodacioacuten a la capacidad del ojo para enfocar automaacuteticamente objetos situados a
diferentes distancias Esta funcioacuten se lleva a cabo en el cristalino que variacutea su forma al efecto
Pero esta capacidad se va perdiendo con los antildeos debido a la peacuterdida de elasticidad que sufre es
lo que se conoce como presbicia o vista cansada y hace que aumente la distancia focal y la
cantidad de luz miacutenima necesaria para que se forme una imagen niacutetida
La adaptacioacuten
La adaptacioacuten es la facultad del ojo para ajustarse automaacuteticamente a cambios en los niveles de
iluminacioacuten Se debe a la capacidad del iris para regular la abertura de la pupila y a cambios
fotoquiacutemicos en la retina Para pasar de ambientes oscuros a luminosos el proceso es muy
raacutepido pero en caso contrario es mucho maacutes lento Al cabo de un minuto se tiene una adaptacioacuten
aceptable A medida que pasa el tiempo vemos mejor en la oscuridad y a la media hora ya
vemos bastante bien La adaptacioacuten completa se produce pasada una hora
El campo visual
Volviendo al ejemplo de la caacutemara de fotos el ojo humano tambieacuten dispone de un campo
visual Cada ojo ve aproximadamente 150ordm sobre el plano horizontal y con la superposicioacuten de
ambos se abarcan los 180ordm Sobre el plano vertical soacutelo son unos 130ordm 60ordm por encima de la
horizontal y 70ordm por debajo
El campo visual de cada ojo es de tipo monocular sin sensacioacuten de profundidad siendo la
visioacuten en la zona de superposicioacuten de ambos campos del tipo binocular La sensacioacuten de
profundidad o visioacuten tridimensional se produce en el cerebro cuando este superpone e interpreta
ambas imaacutegenes
Los factores externos que influyen sobre la formacioacuten de una buena imagen en la retina pueden
dividirse en dos clases los subjetivos y los objetivos Los primeros dependen del propio
individuo como su salud visual (depende de la edad y del deterioro de la vista) el nivel de
atencioacuten en lo que mira si estaacute en reposo o en movimiento o la comodidad visual (nivel de
iluminacioacuten y deslumbramiento) Mientras que los segundos dependen de lo que estemos
mirando del objeto visual Son los factores objetivos y son el tamantildeo la agudeza visual el
contraste y el tiempo
El tamantildeo
El tamantildeo aparente de un cuerpo en relacioacuten con el resto de los elementos que forman el campo
visual es un factor importante para distinguirlo con rapidez Si analizamos las fotos vemos que
la iglesia de la foto de la izquierda parece maacutes pequentildea que la de la derecha Comparada con
otros objetos maacutes cercanos como el aacuterbol que hay en primer plano parece pequentildea Pero vista
de cerca parece muy grande iquestQueacute ha ocurrido si el tamantildeo real del edificio es el mismo Lo
que ha pasado es que el aacutengulo visual del ojo abarcado por la construccioacuten respecto al ocupado
por el fondo ha aumentado
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
A menudo se compara el funcionamiento del ojo con el de una caacutemara fotograacutefica La pupila
actuariacutea de diafragma la retina de peliacutecula la coacuternea de lente y el cristalino seriacutea equivalente a
acercar o alejar la caacutemara del objeto para conseguir un buen enfoque La analogiacutea no acaba aquiacute
pues al igual que en la caacutemara de fotos la imagen que se forma sobre la retina estaacute invertida
Pero esto no supone ninguacuten problema ya que el cerebro se encarga de darle la vuelta para que la
veamos correctamente
La sensibilidad y los tipos de visioacuten
Al igual que en la fotografiacutea la cantidad de luz juega un papel importante en la visioacuten Asiacute en
condiciones de buena iluminacioacuten (maacutes de 3 cdm2) como ocurre de diacutea la visioacuten es niacutetida
detallada y se distinguen muy bien los colores es la visioacuten fotoacutepica Para niveles inferiores a
025 cdm2 desaparece la sensacioacuten de color y la visioacuten es maacutes sensible a los tonos azules y a la
intensidad de la luz Es la llamada visioacuten escotoacutepica En situaciones intermedias la capacidad
para distinguir los colores disminuye a medida que baja la cantidad de luz pasando de una gran
sensibilidad hacia el amarillo a una hacia el azul Es la visioacuten mesioacutepica
En estas condiciones se definen unas curvas de sensibilidad del ojo a la luz visible para un
determinado observador patroacuten que tiene un maacuteximo de longitud de onda de 555 nm (amarillo
verdoso) para la visioacuten fotoacutepica y otro de 480 nm (azul verdoso) para la visioacuten escotoacutepica Al
desplazamiento del maacuteximo de la curva al disminuir la cantidad de luz recibida se llama efecto
Purkinje
Curvas de sensibilidad del ojo
Toda fuente de luz que emita en valores cercanos al maacuteximo de la visioacuten diurna (555 nm) tendraacute un rendimiento energeacutetico oacuteptimo porque produciraacute la maacutexima sensacioacuten luminosa en el ojo con el miacutenimo consumo de energiacutea No obstante si la fuente no ofrece una buena reproduccioacuten cromaacutetica puede provocar resultados contraproducentes
La acomodacioacuten
Se llama acomodacioacuten a la capacidad del ojo para enfocar automaacuteticamente objetos situados a
diferentes distancias Esta funcioacuten se lleva a cabo en el cristalino que variacutea su forma al efecto
Pero esta capacidad se va perdiendo con los antildeos debido a la peacuterdida de elasticidad que sufre es
lo que se conoce como presbicia o vista cansada y hace que aumente la distancia focal y la
cantidad de luz miacutenima necesaria para que se forme una imagen niacutetida
La adaptacioacuten
La adaptacioacuten es la facultad del ojo para ajustarse automaacuteticamente a cambios en los niveles de
iluminacioacuten Se debe a la capacidad del iris para regular la abertura de la pupila y a cambios
fotoquiacutemicos en la retina Para pasar de ambientes oscuros a luminosos el proceso es muy
raacutepido pero en caso contrario es mucho maacutes lento Al cabo de un minuto se tiene una adaptacioacuten
aceptable A medida que pasa el tiempo vemos mejor en la oscuridad y a la media hora ya
vemos bastante bien La adaptacioacuten completa se produce pasada una hora
El campo visual
Volviendo al ejemplo de la caacutemara de fotos el ojo humano tambieacuten dispone de un campo
visual Cada ojo ve aproximadamente 150ordm sobre el plano horizontal y con la superposicioacuten de
ambos se abarcan los 180ordm Sobre el plano vertical soacutelo son unos 130ordm 60ordm por encima de la
horizontal y 70ordm por debajo
El campo visual de cada ojo es de tipo monocular sin sensacioacuten de profundidad siendo la
visioacuten en la zona de superposicioacuten de ambos campos del tipo binocular La sensacioacuten de
profundidad o visioacuten tridimensional se produce en el cerebro cuando este superpone e interpreta
ambas imaacutegenes
Los factores externos que influyen sobre la formacioacuten de una buena imagen en la retina pueden
dividirse en dos clases los subjetivos y los objetivos Los primeros dependen del propio
individuo como su salud visual (depende de la edad y del deterioro de la vista) el nivel de
atencioacuten en lo que mira si estaacute en reposo o en movimiento o la comodidad visual (nivel de
iluminacioacuten y deslumbramiento) Mientras que los segundos dependen de lo que estemos
mirando del objeto visual Son los factores objetivos y son el tamantildeo la agudeza visual el
contraste y el tiempo
El tamantildeo
El tamantildeo aparente de un cuerpo en relacioacuten con el resto de los elementos que forman el campo
visual es un factor importante para distinguirlo con rapidez Si analizamos las fotos vemos que
la iglesia de la foto de la izquierda parece maacutes pequentildea que la de la derecha Comparada con
otros objetos maacutes cercanos como el aacuterbol que hay en primer plano parece pequentildea Pero vista
de cerca parece muy grande iquestQueacute ha ocurrido si el tamantildeo real del edificio es el mismo Lo
que ha pasado es que el aacutengulo visual del ojo abarcado por la construccioacuten respecto al ocupado
por el fondo ha aumentado
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
En estas condiciones se definen unas curvas de sensibilidad del ojo a la luz visible para un
determinado observador patroacuten que tiene un maacuteximo de longitud de onda de 555 nm (amarillo
verdoso) para la visioacuten fotoacutepica y otro de 480 nm (azul verdoso) para la visioacuten escotoacutepica Al
desplazamiento del maacuteximo de la curva al disminuir la cantidad de luz recibida se llama efecto
Purkinje
Curvas de sensibilidad del ojo
Toda fuente de luz que emita en valores cercanos al maacuteximo de la visioacuten diurna (555 nm) tendraacute un rendimiento energeacutetico oacuteptimo porque produciraacute la maacutexima sensacioacuten luminosa en el ojo con el miacutenimo consumo de energiacutea No obstante si la fuente no ofrece una buena reproduccioacuten cromaacutetica puede provocar resultados contraproducentes
La acomodacioacuten
Se llama acomodacioacuten a la capacidad del ojo para enfocar automaacuteticamente objetos situados a
diferentes distancias Esta funcioacuten se lleva a cabo en el cristalino que variacutea su forma al efecto
Pero esta capacidad se va perdiendo con los antildeos debido a la peacuterdida de elasticidad que sufre es
lo que se conoce como presbicia o vista cansada y hace que aumente la distancia focal y la
cantidad de luz miacutenima necesaria para que se forme una imagen niacutetida
La adaptacioacuten
La adaptacioacuten es la facultad del ojo para ajustarse automaacuteticamente a cambios en los niveles de
iluminacioacuten Se debe a la capacidad del iris para regular la abertura de la pupila y a cambios
fotoquiacutemicos en la retina Para pasar de ambientes oscuros a luminosos el proceso es muy
raacutepido pero en caso contrario es mucho maacutes lento Al cabo de un minuto se tiene una adaptacioacuten
aceptable A medida que pasa el tiempo vemos mejor en la oscuridad y a la media hora ya
vemos bastante bien La adaptacioacuten completa se produce pasada una hora
El campo visual
Volviendo al ejemplo de la caacutemara de fotos el ojo humano tambieacuten dispone de un campo
visual Cada ojo ve aproximadamente 150ordm sobre el plano horizontal y con la superposicioacuten de
ambos se abarcan los 180ordm Sobre el plano vertical soacutelo son unos 130ordm 60ordm por encima de la
horizontal y 70ordm por debajo
El campo visual de cada ojo es de tipo monocular sin sensacioacuten de profundidad siendo la
visioacuten en la zona de superposicioacuten de ambos campos del tipo binocular La sensacioacuten de
profundidad o visioacuten tridimensional se produce en el cerebro cuando este superpone e interpreta
ambas imaacutegenes
Los factores externos que influyen sobre la formacioacuten de una buena imagen en la retina pueden
dividirse en dos clases los subjetivos y los objetivos Los primeros dependen del propio
individuo como su salud visual (depende de la edad y del deterioro de la vista) el nivel de
atencioacuten en lo que mira si estaacute en reposo o en movimiento o la comodidad visual (nivel de
iluminacioacuten y deslumbramiento) Mientras que los segundos dependen de lo que estemos
mirando del objeto visual Son los factores objetivos y son el tamantildeo la agudeza visual el
contraste y el tiempo
El tamantildeo
El tamantildeo aparente de un cuerpo en relacioacuten con el resto de los elementos que forman el campo
visual es un factor importante para distinguirlo con rapidez Si analizamos las fotos vemos que
la iglesia de la foto de la izquierda parece maacutes pequentildea que la de la derecha Comparada con
otros objetos maacutes cercanos como el aacuterbol que hay en primer plano parece pequentildea Pero vista
de cerca parece muy grande iquestQueacute ha ocurrido si el tamantildeo real del edificio es el mismo Lo
que ha pasado es que el aacutengulo visual del ojo abarcado por la construccioacuten respecto al ocupado
por el fondo ha aumentado
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
El campo visual
Volviendo al ejemplo de la caacutemara de fotos el ojo humano tambieacuten dispone de un campo
visual Cada ojo ve aproximadamente 150ordm sobre el plano horizontal y con la superposicioacuten de
ambos se abarcan los 180ordm Sobre el plano vertical soacutelo son unos 130ordm 60ordm por encima de la
horizontal y 70ordm por debajo
El campo visual de cada ojo es de tipo monocular sin sensacioacuten de profundidad siendo la
visioacuten en la zona de superposicioacuten de ambos campos del tipo binocular La sensacioacuten de
profundidad o visioacuten tridimensional se produce en el cerebro cuando este superpone e interpreta
ambas imaacutegenes
Los factores externos que influyen sobre la formacioacuten de una buena imagen en la retina pueden
dividirse en dos clases los subjetivos y los objetivos Los primeros dependen del propio
individuo como su salud visual (depende de la edad y del deterioro de la vista) el nivel de
atencioacuten en lo que mira si estaacute en reposo o en movimiento o la comodidad visual (nivel de
iluminacioacuten y deslumbramiento) Mientras que los segundos dependen de lo que estemos
mirando del objeto visual Son los factores objetivos y son el tamantildeo la agudeza visual el
contraste y el tiempo
El tamantildeo
El tamantildeo aparente de un cuerpo en relacioacuten con el resto de los elementos que forman el campo
visual es un factor importante para distinguirlo con rapidez Si analizamos las fotos vemos que
la iglesia de la foto de la izquierda parece maacutes pequentildea que la de la derecha Comparada con
otros objetos maacutes cercanos como el aacuterbol que hay en primer plano parece pequentildea Pero vista
de cerca parece muy grande iquestQueacute ha ocurrido si el tamantildeo real del edificio es el mismo Lo
que ha pasado es que el aacutengulo visual del ojo abarcado por la construccioacuten respecto al ocupado
por el fondo ha aumentado
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Objeto lejano Objeto cercano
La agudeza visual
La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy proacuteximos entre siacute Es una
medida del detalle maacutes pequentildeo que podemos diferenciar y estaacute muy influenciada por el nivel
de iluminacioacuten Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario
de lo que ocurre de diacutea
Influencia del nivel de iluminacioacuten sobre la
agudeza visual
El contraste
El contraste se produce por diferencias entre colores o luminancias (porcioacuten de luz reflejada
por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto Mientras mayor
sea mejor lo veremos maacutes detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista Una buena
iluminacioacuten ayudaraacute mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando
la luminancia
Contraste de colores Contraste de luminancias
El tiempo
Como ya sabemos el ojo dispone de mecanismos para enfocar la imagen y transmitirla al
cerebro Este proceso no es instantaacuteneo y requiere un cierto tiempo Esta inercia es lo que nos
permite disfrutar del cine la televisioacuten o los dibujos animados que no son maacutes que una serie de
imaacutegenes estaacuteticas sucesivas Si por el contrario el objeto estaacute en movimiento y hay un alto
nivel de iluminacioacuten la inercia visual provocaraacute la impresioacuten de una sucesioacuten de imaacutegenes fijas
como ocurre en las discotecas Es el llamado efecto estroboscoacutepico que fuera de estos usos se
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
debe evitar Por otro lado mientras maacutes tiempo dispongamos para ver una imagen maacutes niacutetida y
detallada seraacute Con una buena iluminacioacuten podremos reducirlo y aumentar la velocidad de
percepcioacuten
Al hablar del color hay que distinguir entre el fenoacutemeno fiacutesico donde intervienen la luz y la
visioacuten (sensibilidad y contraste) y el fenoacutemeno sensorial Como fenoacutemeno fiacutesico comentaremos
ademaacutes los sistemas de especificacioacuten y la realizacioacuten de mezclas
El color como fenoacutemeno fiacutesico
Recordemos brevemente que la luz blanca del sol estaacute formada por la unioacuten de los colores del
arco iris cada uno con su correspondiente longitud de onda Los colores van del violeta
(380 nm) hasta el rojo (770 nm) y su distribucioacuten espectral aproximada es
Color Longitud de onda (nm)
Violeta 380-436
Azul 436-495
Verde 495-566
Amarillo 566-589
Naranja 589-627
Rojo 627-770
Cuando un cuerpo opaco es iluminado por luz blanca refleja un color o una mezcla de estos
absorbiendo el resto Las radiaciones luminosas reflejadas determinaraacuten el color con que
nuestros ojos veraacuten el objeto Si las refleja todas seraacute blanco y si las absorbe todas negro Si
por el contrario usamos una fuente de luz monocromaacutetica o una de espectro discontinuo que
emita soacutelo en algunas longitudes de onda los colores se veraacuten deformados Este efecto puede
ser muy uacutetil en decoracioacuten pero no para la iluminacioacuten general
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto de la luz coloreada sobre los objetos de color
El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la luz diurna
De hecho tiene su maacuteximo para un valor de 555 nm que corresponde a un tono amarillo
verdoso A medida que nos alejamos del maacuteximo hacia los extremos del espectro (rojo y
violeta) esta va disminuyendo Es por ello que las sentildeales de peligro y advertencia la
iluminacioacuten de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
El color como fenoacutemeno sensorial
El color como otras sensaciones que percibimos a traveacutes de los sentidos estaacute sometida a criterios
de anaacutelisis subjetivos Depende de las preferencias personales su relacioacuten con otros colores y
formas dentro del campo visual (el contraste la extensioacuten que ocupa la iluminacioacuten recibida la
armoniacutea con el ambiente) el estado de aacutenimo y de salud etc
Tradicionalmente distinguimos entre colores friacuteos y caacutelidos Los primeros son los violetas
azules y verdes oscuros Dan la impresioacuten de frescor tristeza recogimiento y reduccioacuten del
espacio Por contra los segundos amarillos naranjas rojos y verdes claros producen
sensaciones de alegriacutea ambiente estimulante y acogedor y de amplitud de espacio
Sensaciones asociadas a los colores
Blanco Frialdad higiene neutralidad
Amarillo Actividad impresioacuten nerviosismo
Verde Calma reposo naturaleza
Azul Frialdad
Negro Inquietud tensioacuten
Marroacuten Calidez relajacioacuten
Rojo Calidez intensa excitacioacuten estimulante
Hay que destacar tambieacuten el factor cultural y climaacutetico porque en los paiacuteses caacutelidos se prefieren
tonos friacuteos para la decoracioacuten de interiores mientras que en los friacuteos pasa al reveacutes
Colores y mezclas
A todos aquellos que hallan pintado alguna vez les sonaraacuten teacuterminos como colores primarios
secundarios terciarios o cuaternarios Los colores primarios o baacutesicos son aquellos cuya
combinacioacuten produce todos los demaacutes En pintura son el cyan el magenta y el amarillo y en
iluminacioacuten el azul el verde y el rojo Cualquier otro color se puede obtener combinaacutendolos en
diferentes proporciones Asiacute los secundarios se obtienen con mezclas al 50 los terciarios
mezclando dos secundarios entre siacute etc
Las mezclas que en luminotecnia se consiguen mediante filtros y haces de luces pueden ser
aditivas o sustractivas
Las mezclas aditivas u oacutepticas se obtienen sumando haces de luces de colores El color
resultante dependeraacute de la componente que se halle en mayor proporcioacuten y seraacute maacutes intenso que
estas Si la suma diera blanco se diriacutea que son colores complementarios
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Las mezclas sustractivas o pigmentarias se consiguen aplicando a la luz blanca una serie de
sucesivos filtros de colores que daraacuten un tono de intensidad intermedia entre las componentes
Para definir los colores se emplean diversos sistemas como el RGB o el de Munsell En el
sistema RGB (Red Green Blue) usado en informaacutetica un color estaacute definido por la
proporcioacuten de los tres colores baacutesicos - rojo verde y azul - empleados en la mezcla En el
sistema de Munsell se recurre a tres paraacutemetros tono o matiz (rojo amarillo verde) valor o
intensidad (luminosidad de un color comparada con una escala de grises por ejemplo el
amarillo es maacutes brillante que el negro) y cromaticidad o saturacioacuten (cantidad de blanco que
tiene un color si no tiene nada se dice que estaacute saturado)
copy Javier Garcia Fernandez Oriol Boix
Como ya sabemos la luz es una forma de radiacioacuten electromagneacutetica comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su maacuteximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo) Con la fotometriacutea pretendemos definir unas herramientas de trabajo magnitudes y graacuteficos para la luz con las que poder realizar los caacutelculos de iluminacioacuten
Magnitudes y unidades de medida
Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenoacutemenos luminosos
Graacuteficos y diagramas de iluminacioacuten
Los graacuteficos y tablas son una potente herramienta de trabajo para el proyectista pues dan una informacioacuten precisa de la forma del haz de luz de una laacutempara o luminaria
Ejercicios
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Ejemplos y cuestiones sobre el tema
La luz al igual que las ondas de radio los rayos X o los gamma es una forma de energiacutea Si la
energiacutea se mide en joules (J) en el Sistema Internacional para queacute necesitamos nuevas unidades
La razoacuten es maacutes simple de lo que parece No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y
produce sensacioacuten luminosa ni toda la energiacutea que consume por ejemplo una bombilla se
convierte en luz Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas
magnitudes el flujo luminoso la intensidad luminosa la iluminancia la luminancia el
rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz
Flujo luminoso
Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas una de 25 W y otra de 60 W
Estaacute claro que la de 60 W daraacute una luz maacutes intensa Pues bien esta es la idea iquestcuaacutel luce maacutes o
dicho de otra forma iquestcuaacutento luce cada bombilla
Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos soacutelo a la potencia consumida por la bombilla
de la cual solo una parte se convierte en luz visible es el llamado flujo luminoso Podriacuteamos
medirlo en watts (W) pero parece maacutes sencillo definir una nueva unidad el lumen que tome
como referencia la radiacioacuten visible Empiacutericamente se demuestra que a una radiacioacuten de 555
nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen
Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiacioacuten luminosa a la
que el ojo humano es sensible Su siacutembolo es y su unidad es el lumen (lm) A la relacioacuten
entre watts y luacutemenes se le llama equivalente luminoso de la energiacutea y equivale a
1 watt-luz a 555 nm = 683 lm
Flujo luminoso Siacutembolo
Unidad lumen (lm)
Intensidad luminosa
El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz por ejemplo
una bombilla en todas las direcciones del espacio Por contra si pensamos en un proyector es
faacutecil ver que soacutelo ilumina en una direccioacuten Parece claro que necesitamos conocer coacutemo se
distribuye el flujo en cada direccioacuten del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Diferencia entre flujo e intensidad luminosa
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de aacutengulo soacutelido en
una direccioacuten concreta Su siacutembolo es I y su unidad la candela (cd)
Intensidad luminosa
Siacutembolo I
Unidad candela (cd)
Iluminancia
Quizaacutes haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes
distancias Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada
por un ciacuterculo pequentildeo y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz deacutebil Esta
sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia
Concepto de iluminancia
Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie Su siacutembolo es E y su
unidad el lux (lx) que es un lmm2
Iluminancia
Siacutembolo E
Unidad lux (lx)
Existe tambieacuten otra unidad el foot-candle (fc) utilizada en paiacuteses de habla inglesa cuya relacioacuten
con el lux es
1 fc 10 lx 1 lx 01 fc
En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco
al objeto iluminado Es algo similar a lo que ocurre cuando oiacutemos alejarse a un coche al
principio se oye alto y claro pero despueacutes va disminuyendo hasta perderse Lo que ocurre con la
iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
luminosa (I) y la distancia a la fuente Esta ley solo es vaacutelida si la direccioacuten del rayo de luz
incidente es perpendicular a la superficie
Ley inversa de los
cuadrados
iquestQueacute ocurre si el rayo no es perpendicular En este caso hay que descomponer la iluminancia
recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie
A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno Es faacutecil
ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados Si expresamos EH y EV en funcioacuten
de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda
En general si un punto estaacute iluminado por maacutes de una laacutempara su iluminancia total es la suma
de las iluminancias recibidas
Luminancia
Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz
(flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia)
Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos De
esto trata la luminancia Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos
luz reflejada procedente de un cuerpo la definicioacuten es la misma
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Se llama luminancia a la relacioacuten entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista
por el ojo en una direccioacuten determinada Su siacutembolo es L y su unidad es la cdm2 Tambieacuten es
posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cdcm2) o el nit (1 nt = 1 cdm
2)
Luminancia
Siacutembolo L
Unidad cdm2
Es importante destacar que soacutelo vemos luminancias no iluminancias
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energiacutea eleacutectrica consumida por
una laacutempara (bombilla fluorescente etc) se transformaba en luz visible Parte se pierde por
calor parte en forma de radiacioacuten no visible (infrarrojo o ultravioleta) etc
Para hacernos una idea de la porcioacuten de energiacutea uacutetil definimos el rendimiento luminoso como
el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eleacutectrica consumida que viene con
las caracteriacutesticas de las laacutemparas (25 W 60 W) Mientras mayor sea mejor seraacute la laacutempara y
menos gastaraacute La unidad es el lumen por watt (lmW)
Rendimiento luminoso
Siacutembolo
Unidad lm W
Cantidad de luz
Esta magnitud soacutelo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotograacutefico o para comparar diferentes laacutemparas seguacuten la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo Su siacutembolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lmmiddots)
Cantidad de luz
Q = middott
Siacutembolo Q
Unidad lmmiddots
Cuando se habla en fotometriacutea de magnitudes y unidades de media se definen una serie de
teacuterminos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
caacutelculo Pero no hemos de olvidar que las hipoacutetesis utilizadas para definirlos son muy
restrictivas (fuente puntual distribucioacuten del flujo esfeacuterica y homogeacutenea etc) Aunque esto no
invalida los resultados y conclusiones obtenidas nos obliga a buscar nuevas herramientas de
trabajo que describan mejor la realidad como son las tablas graacuteficos o programas informaacuteticos
De todos los inconvenientes planteados el maacutes grave se encuentra en la forma de la distribucioacuten
del flujo luminoso que depende de las caracteriacutesticas de las laacutemparas y luminarias empleadas
Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema como pasa en la iluminacioacuten de
interiores pero seraacute fundamental si queremos optimizar la instalacioacuten o en temas como la
iluminacioacuten de calles decorativa de industrias o de instalaciones deportivas
A continuacioacuten veremos los graacuteficos maacutes habituales en luminotecnia
Diagrama polar o curva de distribucioacuten luminosa Diagramas isocandela
o Alumbrado por proyeccioacuten o Alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
Curvas isolux
Diagrama polar o curvas de distribucioacuten luminosa
En estos graacuteficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas
(IC ) La primera de ellas I representa el valor numeacuterico de la intensidad luminosa en
candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sentildealan la direccioacuten El aacutengulo C nos
dice en queacute plano vertical estamos y mide la inclinacioacuten respecto al eje vertical de la
luminaria En este uacuteltimo 0ordm sentildeala la vertical hacia abajo 90ordm la horizontal y 180ordm la vertical
hacia arriba Los valores de C utilizados en las graacuteficas no se suelen indicar salvo para el
alumbrado puacuteblico En este caso los aacutengulos entre 0ordm y 180ordm quedan en el lado de la calzada y
los comprendidos entre 180ordm y 360ordm en la acera 90ordm y 270ordm son perpendiculares al bordillo y
caen respectivamente en la calzada y en la acera
Con un sistema de tres coordenadas es faacutecil pensar que maacutes que una representacioacuten plana
tendriacuteamos una tridimensional De hecho esto es asiacute y si representamos en el espacio todos los
vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas direcciones y unieacuteramos despueacutes sus
extremos obtendriacuteamos un cuerpo llamado soacutelido fotomeacutetrico Pero como trabajar en tres
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
dimensiones es muy incoacutemodo se corta el soacutelido con planos verticales para diferentes valores
de C (suelen ser uno dos tres o maacutes dependiendo de las simetriacuteas de la figura) y se reduce a la
representacioacuten plana de las curvas maacutes caracteriacutesticas
En la curva de distribucioacuten luminosa los radios representan el aacutengulo y las
circunferencias conceacutentricas el valor de la intensidad en candelas De todos los planos verticales
posibles identificados por el aacutengulo C solo se suelen representar los planos verticales
correspondientes a los planos de simetriacutea y los transversales a estos (C = 0ordm y C = 90ordm) y aquel
en que la laacutempara tiene su maacuteximo de intensidad Para evitar tener que hacer un graacutefico para
cada laacutempara cuando solo variacutea la potencia de esta los graacuteficos se normalizan para una laacutempara
de referencia de 1000 lm Para conocer los valores reales de las intensidades bastaraacute con
multiplicar el flujo luminoso real de la laacutempara por la lectura en el graacutefico y dividirlo por 1000
lm
Matriz de intensidades luminosas
Tambieacuten es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades
luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado
para una laacutempara de flujo de 1000 lm
Diagramas isocandela
A pesar de que las curvas de distribucioacuten luminosa son herramientas muy uacutetiles y praacutecticas
presentan el gran inconveniente de que soacutelo nos dan informacioacuten de lo que ocurre en unos pocos
planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta queacute pasa en el
resto Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representacioacuten plana con informacioacuten
sobre la intensidad en cualquier direccioacuten se definen las curvas isocandela
En los diagramas isocandelas se representan en un plano mediante curvas de nivel los puntos
de igual valor de la intensidad luminosa Cada punto indica una direccioacuten del espacio definida
por dos coordenadas angulares Seguacuten coacutemo se escojan estos aacutengulos distinguiremos dos casos
Proyectores para alumbrado por proyeccioacuten Luminarias para alumbrado puacuteblico Proyeccioacuten azimutal de Lambert
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con aacutengulos en lugar de
las tiacutepicas x e y Para situar una direccioacuten se utiliza un sistema de meridianos y paralelos
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
similar al que se usa con la Tierra El paralelo 0ordm se hace coincidir con el plano horizontal que
contiene la direccioacuten del haz de luz y el meridiano 0ordm con el plano perpendicular a este
Cualquier direccioacuten queda pues definida por sus dos coordenadas angulares Conocidas estas
se situacutean los puntos sobre el graacutefico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa
formando las liacuteneas isocandelas
En las luminarias para alumbrado puacuteblico para definir una direccioacuten se utilizan los aacutengulos
C y usados en los diagramas polares Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y
sobre ella se dibujan las liacuteneas isocandelas Los puntos de las curvas se obtienen por
interseccioacuten de los vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta Para la
representacioacuten plana de la superficie se recurre a la proyeccioacuten azimutal de Lambert
En estos graacuteficos los meridianos representan el aacutengulo C los paralelos y las intensidades
liacuteneas rojas se reflejan en tanto por ciento de la intensidad maacutexima Como en este tipo de
proyecciones las superficies son proporcionales a las originales el flujo luminoso se calcula
como el producto del aacuterea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en
este aacuterea
Ademaacutes de intensidades y flujos este diagrama informa sobre el alcance y la dispersioacuten de la
luminaria El alcance da una idea de la distancia longitudinal maacutexima que alcanza el haz de luz
en la calzada mientras que la dispersioacuten se refiere a la distancia transversal
Curvas isolux
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a
partir de caracteriacutesticas de la fuente luminosa flujo o intensidad luminosa y dan informacioacuten
sobre la forma y magnitud de la emisioacuten luminosa de esta Por contra las curvas isolux hacen
referencia a las iluminancias flujo luminoso recibido por una superficie datos que se obtienen
experimentalmente o por calculo a partir de la matriz de intensidades usando la foacutermula
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Estos graacuteficos son muy uacutetiles porque dan informacioacuten sobre la cantidad de luz recibida en cada
punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado puacuteblico donde
de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle
Lo maacutes habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidas para una
laacutempara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresioacuten
Tambieacuten puede expresarse en valores relativos a la iluminancia maacutexima (100) para cada
altura de montaje Los valores reales de la iluminancia se calculan entonces como
Ereal = Ecurva middot E maacutex
con
siendo a un paraacutemetro suministrado con las graacuteficas
Problemas resueltos
1 Una superficie estaacute iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de intensidad
constante en todas direcciones situada a 2 m de altura Calcular la iluminancia horizontal
y vertical para los siguientes valores del aacutengulo alfa 0 30ordm 45ordm 60ordm 75ordm y 80ordm
Solucioacuten
Como vimos al hablar de magnitudes fotomeacutetricas las componentes de la iluminancia se
pueden calcular empleando las foacutermulas
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Y dado que conocemos todos los datos (h = 2 m I = 80 cd y los diferentes valores de alfa) solo
queda sustituir y calcular
Como podemos ver la mecaacutenica de caacutelculo es siempre la misma Asiacute pues los resultados
finales son
R (m) EH (lux) EV (lux) E (lux)
0ordm 0 20 0 20
30ordm 115 1299 75 15
45ordm 2 707 707 10
60ordm 346 25 433 5
75ordm 745 035 129 134
80ordm 11 010 059 060
Si representamos el diagrama isolux de la superficie podemos observar que las curvas son
circunferencias debido a que la intensidad es constante en todas direcciones que la iluminancia
disminuye a medida que los puntos se alejan del foco y que la maacutexima iluminancia se encuentra
en la proyeccioacuten de la fuente sobre la superficie (0ordm)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
2 Una superficie circular de 3 m de radio estaacute iluminada por una bombilla de 50 cd de
intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la
plataforma Calcular la iluminacioacuten maacutexima y miacutenima sobre la superficie
Solucioacuten
En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie es decir la iluminancia horizontal
Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambieacuten el valor de la
iluminancia dependeraacute uacutenicamente de la distancia de los puntos al foco En nuestro caso el
punto maacutes proacuteximo es la proyeccioacuten de la bombilla sobre la superficie ( = 0ordm) y los maacutes
alejados son aquellos que estaacuten en los bordes (R = 3 m)
Iluminancia maacutexima
Iluminancia miacutenima (R = 3 m)
3 Tenemos un proyector situado en el techo de 004 m2 de superficie que ilumina con una
intensidad de 100 cd en cualquier direccioacuten una mesa de 05 m2 de superficie La mesa se
puede considerar una superficie especular de factor de reflexioacuten de 08 Calcular la
luminancia de la fuente y la luminancia de la mesa para el observador de la figura
Solucioacuten
Luminancia de la fuente
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Luminancia de la mesa
Como la mesa no es una superficie reflectante perfecta una parte de la intensidad luminosa que
le llega es absorvida por esta Esto quiere decir que en la foacutermula de la luminancia el valor de I
estaraacute afectado por el factor de reflexioacuten
4 Tenemos una luminaria simeacutetrica situada en el centro de una habitacioacuten de 5 x 2 m a 3
m de altura del suelo Calcular la iluminancia sobre los puntos marcados en el dibujo a
partir del diagrama polar de la luminaria El flujo luminoso de la laacutempara es de 500 lm
Solucioacuten
En este caso la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier direccioacuten y por ello tenemos
que trabajar con graacuteficos Esto no supone ninguna complicacioacuten adicional respecto a lo visto
anteriormente y la mecaacutenica y las foacutermulas empleadas siguen siendo las mismas La uacutenica
diferencia estriba en que los valores de la intensidad los tomaremos de un graacutefico polar que en
este caso depende soacutelo del aacutengulo alfa debido a que la luminaria es simeacutetrica
Los pasos a seguir son
Calcular
Leer I( ) relativo del graacutefico
Calcular la iluminancia
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Iluminancia en a
Iluminancia en b
Iluminancia en c
Iluminancia en d
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
5 Un tramo de calle estaacute iluminado por una farola de 10 m de altura y 10000 lm de flujo
luminoso cuyo diagrama isolux se adjunta
Calcular la iluminancia en los siguientes puntos de la calzada
Solucioacuten
Resolver este problema es muy sencillo pues soacutelo hay que trasladar los puntos de la calle al
diagrama isolux dividiendo sus coordenadas por la altura de la luminaria leer los valores del
graacutefico y calcular la iluminancia con la foacutermula
Iluminancia en c
Las coordenadas absolutas de c son x = 15 m e y =125 m
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Ahora las dividimos por la altura (10 m) para convertirlas en valores relativos que situaremos
sobre el graacutefico
xr = 15 yr = 125
A continuacioacuten leemos los valores relativos de la iluminancia del diagrama
Coordenadas relativas
Er (lx1000 lm)
(15125) 5 lx
Finalmente aplicamos la foacutemula y ya estaacute
Como se puede ver el proceso a seguir es siempre igual y los resultados finales son
Punto Coordenadas
absolutas Coordenadas
relativas Er (lx1000 lm) E (lx)
a (200) (20) 100 10
b (05) (005) 25 25
c (15125) (15125) 5 05
d (010) (01) 25 25
e (255) (2505) 1 01
f (3015) (315) 1 01
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Las laacutemparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energiacutea
eleacutectrica Desde que fueran inventadas la tecnologiacutea ha cambiado mucho producieacutendose
sustanciosos avances en la cantidad de luz producida el consumo y la duracioacuten de las laacutemparas
Su principio de funcionamiento es simple se pasa una corriente eleacutectrica por un filamento hasta
que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energiacutea en forma de radiacioacuten electromagneacutetica Mientras
maacutes alta sea su temperatura mayor seraacute la energiacutea emitida y la porcioacuten del espectro
electromagneacutetico ocupado por las radiaciones emitidas Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia una buena parte de estas radiaciones caeraacuten en la zona visible del espectro y
obtendremos luz
La incandescencia se puede obtener de dos maneras La primera es por combustioacuten de alguna
sustancia ya sea soacutelida como una antorcha de madera liacutequida como en una laacutempara de aceite o
gaseosa como en las laacutemparas de gas La segunda es pasando una corriente eleacutectrica a traveacutes de
un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes Tanto de una forma
como de otra obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moleacuteculas de aire o por radiaciones
infrarrojas) En general los rendimientos de este tipo de laacutemparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energiacutea consumida se convierte en calor
Rendimiento de una laacutempara incandescente
La produccioacuten de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional y es que la luz
emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera
su espectro de emisiones es continuo De esta manera se garantiza una buena reproduccioacuten de
los colores de los objetos iluminados
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Caracteriacutesticas de una laacutempara incandescente
Entre los paraacutemetros que sirven para definir una laacutempara tenemos las caracteriacutesticas
fotomeacutetricas la intensidad luminosa el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia Ademaacutes de
estas existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproduccioacuten de los colores y los
paraacutemetros de duracioacuten de las laacutemparas
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las caracteriacutesticas
cromaacuteticas de las fuentes de luz Por poner un ejemplo no se ve igual una calle de noche a la luz
de las farolas iluminadas por laacutemparas de luz blanca que con laacutemparas de luz amarilla
A la hora de describir las cualidades cromaacuteticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos
aspectos El primero trata sobre el color que presenta la fuente Y el segundo describe coacutemo son
reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta Para evaluarlos se utilizan dos
paraacutemetros la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el IRC
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente
considerada Esto se debe a que sus espectros electromagneacuteticos respectivos tienen una
distribucioacuten espectral similar Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y
temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores
El rendimiento en color por contra hace referencia a coacutemo se ven los colores de los objetos
iluminados Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se
ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas En el primer caso destacan maacutes los
tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos Esto se debe a que la luz emitida por
cada una de estas laacutemparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromaacuteticas de color azul
o rojo
Fuente de luz blanca Fuente de luz monocromaacutetica
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el iacutendice de rendimiento de color (IRC o Ra)
que compara la reproduccioacuten de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra
fuente con la reproduccioacuten de la misma muestra iluminada con una fuente patroacuten de referencia
Caracteriacutesticas de duracioacuten
La duracioacuten de una laacutempara viene determinada baacutesicamente por la temperatura de trabajo del
filamento Mientras maacutes alta sea esta mayor seraacute el flujo luminoso pero tambieacuten la velocidad de
evaporacioacuten del material que forma el filamento Las partiacuteculas evaporadas cuando entren en
contacto con las paredes se depositaraacuten sobre estas ennegreciendo la ampolla De esta manera
se veraacute reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla Pero ademaacutes el filamento
se habraacute vuelto maacutes delgado por la evaporacioacuten del tungsteno que lo forma y se reduciraacute en
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
consecuencia la corriente eleacutectrica que pasa por eacutel la temperatura de trabajo y el flujo
luminoso Esto seguiraacute ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento A este proceso
se le conoce como depreciacioacuten luminosa
Para determinar la vida de una laacutempara disponemos de diferentes paraacutemetros seguacuten las
condiciones de uso definidas
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una laacutempara se
estropea trabajando en unas condiciones determinadas
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de
las laacutemparas de un lote representativo de una instalacioacuten trabajando en unas
condiciones determinadas
La vida uacutetil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de laacutemparas de una instalacioacuten a mantenerlas Esto se hace por motivos
econoacutemicos y para evitar una disminucioacuten excesiva en los niveles de iluminacioacuten en la
instalacioacuten debido a la depreciacioacuten que sufre el flujo luminoso con el tiempo Este
valor sirve para establecer los periodos de reposicioacuten de las laacutemparas de una instalacioacuten
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anaacutelisis y ensayo de un lote de
laacutemparas trabajando en unas condiciones determinadas
La duracioacuten de las laacutemparas incandescentes estaacute normalizada siendo de unas 1000 horas para
las normales para las haloacutegenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas
para las especiales
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las laacutemparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las laacutemparas son la temperatura del
entorno doacutende esteacute situada la laacutempara y las desviaciones en la tensioacuten nominal en los bornes
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las
laacutemparas incandescentes pero siacute se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales
empleados en su fabricacioacuten En las laacutemparas normales hay que tener cuidado de que la
temperatura de funcionamiento no exceda de los 200ordm C para el casquillo y los 370ordm C para el
bulbo en el alumbrado general Esto seraacute de especial atencioacuten si la laacutempara estaacute alojada en
luminarias con mala ventilacioacuten En el caso de las laacutemparas haloacutegenas es necesario una
temperatura de funcionamiento miacutenima en el bulbo de 260ordm C para garantizar el ciclo
regenerador del wolframio En este caso la maacutexima temperatura admisible en la ampolla es de
520ordm C para ampollas de vidrio duro y 900ordm C para el cuarzo
Las variaciones de la tensioacuten se producen cuando aplicamos a la laacutempara una tensioacuten diferente
de la tensioacuten nominal para la que ha sido disentildeada Cuando aumentamos la tensioacuten aplicada se
produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la laacutempara pero se
reduce la duracioacuten de la laacutempara Anaacutelogamente al reducir la tensioacuten se produce el efecto
contrario
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Efecto de las variaciones de tensioacuten () sobre las caracteriacutesticas
de funcionamiento de las laacutemparas incandescentes
Partes de una laacutempara
Las laacutemparas incandescentes estaacuten formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto
Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible Para evitar que el
filamento se queme en contacto con el aire se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha
hecho el vaciacuteo o se ha rellenado con un gas El conjunto se completa con unos elementos con
funciones de soporte y conduccioacuten de la corriente eleacutectrica y un casquillo normalizado que sirve
para conectar la laacutempara a la luminaria
Ampolla | Filamento | Soporte | Gas de relleno
Vaacutestago | Hilos conductores | Casquillo
Tipos de laacutemparas
Existen dos tipos de laacutemparas incandescentes las que contienen un gas haloacutegeno en su interior y
las que no lo contienen
Laacutemparas no haloacutegenas
Entre las laacutemparas incandescentes no haloacutegenas podemos distinguir las que se han rellenado con
un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vaciacuteo en su interior La presencia del gas supone
un notable incremento de la eficacia luminosa de la laacutempara dificultando la evaporacioacuten del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento Las
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
laacutemparas incandescentes tienen una duracioacuten normalizada de 1000 horas una potencia entre 25
y 2000 W y unas eficacias entre 75 y 11 lmW para las laacutemparas de vaciacuteo y entre 10 y 20 para
las rellenas de gas inerte En la actualidad predomina el uso de las laacutemparas con gas
reducieacutendose el uso de las de vaciacuteo a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con
potencias de hasta 40 W
Laacutemparas con
gas Laacutemparas de
vaciacuteo
Temperatura del filamento
2500 ordmC 2100 ordmC
Eficacia luminosa de la laacutempara
10-20 lmW 75-11 lmW
Duracioacuten 1000 horas 1000 horas
Peacuterdidas de calor Conveccioacuten y
radiacioacuten Radiacioacuten
Laacutemparas haloacutegenas de alta y baja tensioacuten
En las laacutemparas incandescentes normales con el paso del tiempo se produce una disminucioacuten
significativa del flujo luminoso Esto se debe en parte al ennegrecimiento de la ampolla por
culpa de la evaporacioacuten de partiacuteculas de wolframio del filamento y su posterior condensacioacuten
sobre la ampolla
Agregando una pequentildea cantidad de un compuesto gaseoso con haloacutegenos (cloro bromo o
yodo) normalmente se usa el CH2Br2 al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de
regeneracioacuten del haloacutegeno que evita el ennegrecimiento Cuando el tungsteno (W) se evapora se
une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2) Como las paredes de la ampolla estaacuten
muy calientes (maacutes de 260 ordmC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso
Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento que estaacute muy caliente se
descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno Y asiacute el
ciclo vuelve a empezar
Ciclo del haloacutegeno
El funcionamiento de este tipo de laacutemparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda
realizarse el ciclo del haloacutegeno Por eso son maacutes pequentildeas y compactas que las laacutemparas
normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con
los dedos para evitar su deterioro
Tienen una eficacia luminosa de 22 lmW con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a
2000W) seguacuten el uso al que esteacuten destinadas Las laacutemparas haloacutegenas se utilizan normalmente
en alumbrado por proyeccioacuten y cada vez maacutes en iluminacioacuten domeacutestica
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Las laacutemparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera maacutes
eficiente y econoacutemica que las laacutemparas incandescentes Por eso su uso estaacute tan extendido hoy
en diacutea La luz emitida se consigue por excitacioacuten de un gas sometido a descargas eleacutectricas entre
dos electrodos Seguacuten el gas contenido en la laacutempara y la presioacuten a la que esteacute sometido
tendremos diferentes tipos de laacutemparas cada una de ellas con sus propias caracteriacutesticas
luminosas
Funcionamiento
En las laacutemparas de descarga la luz se consigue estableciendo una corriente eleacutectrica entre dos
electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado
En el interior del tubo se producen descargas eleacutectricas 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 aacutetomos les
transmite energiacutea y pueden suceder dos cosas
La primera posibilidad es que la energiacutea transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada
para poder arrancar al electroacuten de su orbital Este puede a su vez chocar con los electrones de
otros aacutetomos repitiendo el proceso Si este proceso no se limita se puede provocar la
destruccioacuten de la laacutempara por un exceso de corriente
La otra posibilidad es que el electroacuten no reciba suficiente energiacutea para ser arrancado En este
caso el electroacuten pasa a ocupar otro orbital de mayor energiacutea Este nuevo estado acostumbra a
ser inestable y raacutepidamente se vuelve a la situacioacuten inicial Al hacerlo el electroacuten libera la
energiacutea extra en forma de radiacioacuten electromagneacutetica principalmente ultravioleta (UV) o
visible Un electroacuten no puede tener un estado energeacutetico cualquiera sino que soacutelo puede ocupar
unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atoacutemica del aacutetomo Como la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida es proporcional a la diferencia de energiacutea entre los
estados inicial y final del electroacuten y los estados posibles no son infinitos es faacutecil comprender
que el espectro de estas laacutemparas sea discontinuo
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Relacioacuten entre los estados energeacuteticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la laacutempara no es blanca (por ejemplo en las
laacutemparas de sodio a baja presioacuten 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 laacutemparas incandescentes
que tienen un espectro continuo Es posible recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes
mejorar la reproduccioacuten de los colores y aumentar la eficacia de las laacutemparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible
Elementos auxiliares
Para que las laacutemparas de descarga funcionen correctamente es necesario en la mayoriacutea de los
casos la presencia de unos elementos auxiliares cebadores y balastos Los cebadores o
ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensioacuten entre los electrodos del
tubo necesario para iniciar la descarga y vencer asiacute la resistencia inicial del gas a la corriente
eleacutectrica Tras el encendido continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y
que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal
Los balastos por contra son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
laacutempara y evitar asiacute un exceso de electrones circulando por el gas que aumentariacutea el valor de la
corriente hasta producir la destruccioacuten de la laacutempara
Eficacia
Al establecer la eficacia de este tipo de laacutemparas hay que diferenciar entre la eficacia de la
fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende
del fabricante En las laacutemparas las peacuterdidas se centran en dos aspectos las peacuterdidas por calor y
las peacuterdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo) El porcentaje de cada tipo
dependeraacute de la clase de laacutempara con que trabajemos
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Balance energeacutetico de una laacutempara de descarga
La eficacia de las laacutemparas de descarga oscila entre los 19-28 lmW de las laacutemparas de luz de
mezcla y los 100-183 lmW de las de sodio a baja presioacuten
Tipo de laacutempara Eficacia sin balasto
(lmW)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presioacuten
40-63
Halogenuros metaacutelicos
75-95
Sodio a baja presioacuten 100-183
Sodio a alta presioacuten 70-130
Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas laacutemparas la luz emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones monocromaacuteticas en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o
visible del espectro Esto hace que la reproduccioacuten del color no sea muy buena y su rendimiento
en color tampoco
Ejemplo de espectro de una laacutempara de descarga
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de
longitudes de onda distintas a las de la laacutempara La primera opcioacuten es combinar en una misma
laacutempara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las laacutemparas de
luz de mezcla (incandescencia y descarga) Tambieacuten podemos aumentar la presioacuten del gas De
esta manera se consigue aumentar la anchura de las liacuteneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y maacutes proacuteximas entre siacute Otra solucioacuten es antildeadir sustancias soacutelidas al gas que al
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
vaporizarse emitan radiaciones monocromaacuteticas complementarias Por uacuteltimo podemos recubrir
la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas
en radiaciones visibles
Caracteriacutesticas de duracioacuten
Hay dos aspectos baacutesicos que afectan a la duracioacuten de las laacutemparas El primero es la
depreciacioacuten del flujo Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del
tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos En
aquellas laacutemparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la
eficacia de estas sustancias
El segundo es el deterioro de los componentes de la laacutempara que se debe a la degradacioacuten de los
electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre Otras causas son un cambio
gradual de la composicioacuten del gas de relleno y las fugas de gas en laacutemparas a alta presioacuten
Tipo de laacutempara Vida promedio (h)
Fluorescente estaacutendar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presioacuten 25000
Halogenuros metaacutelicos 11000
Sodio a baja presioacuten 23000
Sodio a alta presioacuten 23000
Factores externos que influyen en el funcionamiento
Los factores externos que maacutes influyen en el funcionamiento de la laacutempara son la temperatura
ambiente y la influencia del nuacutemero de encendidos
Las laacutemparas de descarga son en general sensibles a las temperaturas exteriores Dependiendo
de sus caracteriacutesticas de construccioacuten (tubo desnudo ampolla exterior) se veraacuten maacutes o menos
afectadas en diferente medida Las laacutemparas a alta presioacuten por ejemplo son sensibles a las
bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque Por contra la temperatura de trabajo
estaraacute limitada por las caracteriacutesticas teacutermicas de los componentes (200ordm C para el casquillo y
entre 350ordm y 520ordm C para la ampolla seguacuten el material y tipo de laacutempara)
La influencia del nuacutemero de encendidos es muy importante para establecer la duracioacuten de una
laacutempara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en
gran medida de este factor
Partes de una laacutempara
Las formas de las laacutemparas de descarga variacutean seguacuten la clase de laacutempara con que tratemos De
todas maneras todas tienen una serie de elementos en comuacuten como el tubo de descarga los
electrodos la ampolla exterior o el casquillo
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Principales partes de una laacutempara de descarga
Ampolla | Tubo de descarga | Electrodos | Casquillo | Gas
Las laacutemparas de descarga se pueden clasificar seguacuten el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presioacuten a la que este se encuentre (alta o baja presioacuten) Las propiedades variacutean
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros
Laacutemparas de vapor de mercurio o Baja presioacuten
Laacutemparas fluorescentes o Alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten Laacutemparas de luz de mezcla Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Laacutemparas de vapor de sodio o Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten o Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Laacutemparas de vapor de mercurio
Laacutemparas fluorescentes
Las laacutemparas fluorescentes son laacutemparas de vapor de mercurio a baja presioacuten (08 Pa) En estas
condiciones en el espectro de emisioacuten del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en
la banda de 2537 nm Para que estas radiaciones sean uacutetiles se recubren las paredes interiores
del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles
De la composicioacuten de estas sustancias dependeraacuten la cantidad y calidad de la luz y las
cualidades cromaacuteticas de la laacutempara En la actualidad se usan dos tipos de polvos los que
producen un espectro continuo y los trifoacutesforos que emiten un espectro de tres bandas con los
colores primarios De la combinacioacuten 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
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Laacutempara fluorescente
Las laacutemparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior Estaacuten formadas por
un tubo de diaacutemetro normalizado normalmente ciliacutendrico cerrado en cada extremo con un
casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos El tubo de descarga estaacute relleno con
vapor de mercurio a baja presioacuten y una pequentildea cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar
el encendido y controlar la descarga de electrones
La eficacia de estas laacutemparas depende de muchos factores potencia de la laacutempara tipo y
presioacuten del gas de relleno propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo
temperatura ambiente Esta uacuteltima es muy importante porque determina la presioacuten del gas y en
uacuteltimo teacutermino el flujo de la laacutempara La eficacia oscila entre los 38 y 91 lmW dependiendo de
las caracteriacutesticas de cada laacutempara
Balance energeacutetico de una laacutempara fluorescente
La duracioacuten de estas laacutemparas se situacutea 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 nuacutemero de encendidos impide el encendido al necesitarse una tensioacuten de ruptura superior
a la suministrada por la red Ademaacutes de esto hemos de considerar la depreciacioacuten del flujo
provocada por la peacuterdida 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 laacutemparas variacutea de moderado a excelente seguacuten las sustancias
fluorescentes empleadas Para las laacutemparas destinadas a usos habituales que no requieran de
gran precisioacuten su valor estaacute entre 80 y 90 De igual forma la apariencia y la temperatura de color
variacutea seguacuten las caracteriacutesticas concretas de cada laacutempara
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco caacutelido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Blanco friacuteo 4200
Luz diacutea 6500
Las laacutemparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos
auxiliares Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el
encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin eacutel
En el primer caso el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la
tensioacuten de arranque En el segundo caso tenemos las laacutemparas de arranque raacutepido en las que se
calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantaacuteneo en que la ignicioacuten se
consigue aplicando una tensioacuten elevada
Maacutes modernamente han aparecido las laacutemparas fluorescentes compactas que llevan incorporado
el balasto y el cebador Son laacutemparas pequentildeas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para
sustituir a las laacutemparas incandescentes con ahorros de hasta el 70 de energiacutea y unas buenas
prestaciones
Laacutemparas de vapor de mercurio a alta presioacuten
A medida que aumentamos la presioacuten del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga
la radiacioacuten ultravioleta caracteriacutestica de la laacutempara a baja presioacuten pierde importancia respecto a
las emisiones en la zona visible (violeta de 4047 nm azul 4358 nm verde 5461 nm y amarillo
579 nm)
Espectro de emisioacuten sin corregir
En estas condiciones la luz emitida de color azul verdoso no contiene radiaciones rojas Para
resolver este problema se acostumbra a antildeadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona
del espectro De esta manera se mejoran las caracteriacutesticas cromaacuteticas de la laacutempara La
temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con iacutendices de rendimiento en color de 40 a
45 normalmente La vida uacutetil teniendo en cuenta la depreciacioacuten se establece en unas 8000
horas La eficacia oscila entre 40 y 60 lmW y aumenta con la potencia aunque para una misma
potencia es posible incrementar la eficacia antildeadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes
que conviertan la luz ultravioleta en visible
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Balance energeacutetico de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Los modelo maacutes habituales de estas laacutemparas tienen una tensioacuten de encendido entre 150 y 180
V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares Para
encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar proacuteximo a uno de los electrodos principales que
ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales A continuacioacuten se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado en el que se produce la
vaporizacioacuten del mercurio y un incremento progresivo de la presioacuten del vapor y el flujo
luminoso hasta alcanzar los valores normales Si en estos momentos se apagara la laacutempara no
seriacutea posible su reencendido hasta que se enfriara puesto que la alta presioacuten del mercurio hariacutea
necesaria una tensioacuten de ruptura muy alta
Laacutempara de mercurio a alta presioacuten
Laacutemparas de luz de mezcla
Las laacutemparas de luz de mezcla son una combinacioacuten de una laacutempara de mercurio a alta presioacuten
con una laacutempara incandescente y habitualmente un recubrimiento fosforescente El resultado
de esta mezcla es la superposicioacuten al espectro del mercurio del espectro continuo caracteriacutestico
de la laacutempara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara de luz de mezcla
Su eficacia se situacutea entre 20 y 60 lmW y es el resultado de la combinacioacuten de la eficacia de una
laacutempara incandescente con la de una laacutempara de descarga Estas laacutemparas ofrecen una buena
reproduccioacuten del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K
La duracioacuten viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo
Respecto a la depreciacioacuten 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 peacuterdida de
eficacia de los polvos fosforescentes En general la vida media se situacutea en torno a las 6000
horas
Laacutempara de luz de mezcla
Una particularidad de estas laacutemparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento
actuacutea como estabilizador de la corriente Esto las hace adecuadas para sustituir las laacutemparas
incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones
Laacutemparas con halogenuros metaacutelicos
Si antildeadimos en el tubo de descarga yoduros metaacutelicos (sodio talio indio) se consigue mejorar
considerablemente la capacidad de reproducir el color de la laacutempara de vapor de mercurio Cada
una de estas sustancias aporta nuevas liacuteneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio verde el
talio y rojo y azul el indio)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Espectro de emisioacuten de una laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K
dependiendo de los yoduros antildeadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85 La eficiencia
de estas laacutemparas ronda entre los 60 y 96 lmW 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)
Laacutempara con halogenuros metaacutelicos
Las excelentes prestaciones cromaacuteticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacioacuten de
instalaciones deportivas para retransmisiones de TV estudios de cine proyectores etc
Laacutemparas de vapor de sodio
Laacutemparas de vapor de sodio a baja presioacuten
La descarga eleacutectrica en un tubo con vapor de sodio a baja presioacuten produce una radiacioacuten
monocromaacutetica caracteriacutestica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 5896 nm) muy
proacuteximas entre siacute
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La radiacioacuten emitida de color amarillo estaacute muy proacutexima al maacuteximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm) Por ello la eficacia de estas laacutemparas es muy elevada (entre 160 y 180
lmW) Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual ademaacutes
de una buena percepcioacuten de contrastes Por contra su monocromatismo hace que la
reproduccioacuten de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible
distinguir los colores de los objetos
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
La vida media de estas laacutemparas es muy elevada de unas 15000 horas y la depreciacioacuten de flujo
luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida uacutetil 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 puacuteblico aunque tambieacuten se utiliza con finalidades
decorativas En cuanto al final de su vida uacutetil este se produce por agotamiento de la sustancia
emisora de electrones como ocurre en otras laacutemparas de descarga Aunque tambieacuten se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior
Laacutempara de vapor de sodio a baja presioacuten
En estas laacutemparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las peacuterdidas por calor y
reducir el tamantildeo de la laacutempara Estaacute elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es
muy corrosivo y se le practican unas pequentildeas hendiduras para facilitar la concentracioacuten del
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible El tubo estaacute encerrado en una ampolla
en la que se ha practicado el vaciacuteo con objeto de aumentar el aislamiento teacutermico De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ordmC)
El tiempo de arranque de una laacutempara de este tipo es de unos diez minutos Es el tiempo
necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neoacuten y
argoacuten) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz Fiacutesicamente esto se
corresponde a pasar de una luz roja (propia del neoacuten) a la amarilla caracteriacutestica del sodio Se
procede asiacute para reducir la tensioacuten de encendido
Laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten
Las laacutemparas de vapor de sodio a alta presioacuten tienen una distribucioacuten espectral que abarca casi
todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho maacutes agradable que la
proporcionada por las laacutemparas de baja presioacuten
Espectro de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
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 laacutemparas a baja presioacuten (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 lmW sigue siendo un valor alto comparado con los de otros
tipos de laacutemparas
Balance energeacutetico de una laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
La vida media de este tipo de laacutemparas ronda las 20000 horas y su vida uacutetil entre 8000 y 12000
horas Entre las causas que limitan la duracioacuten de la laacutempara ademaacutes de mencionar la
depreciacioacuten del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del
incremento progresivo de la tensioacuten de encendido necesaria hasta niveles que impiden su
correcto funcionamiento
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000
ordmC) la presioacuten y las agresiones quiacutemicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de
descarga En su interior hay una mezcla de sodio vapor de mercurio que actuacutea como
amortiguador de la descarga y xenoacuten que sirve para facilitar el arranque y reducir las peacuterdidas
teacutermicas El tubo estaacute rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaciacuteo La tensioacuten de
encendido de estas laacutemparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve
Laacutempara de vapor de sodio a alta presioacuten
Este tipo de laacutemparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacioacuten de interiores como de
exteriores Algunos ejemplos son en iluminacioacuten de naves industriales alumbrado puacuteblico o
iluminacioacuten decorativa
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexioacuten a la red eleacutectrica a las laacutemparas
Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcioacuten es necesario que cumplan una
serie de caracteriacutesticas oacutepticas mecaacutenicas y eleacutectricas entre otras
A nivel de oacuteptica la luminaria es responsable del control y la distribucioacuten de la luz emitida por
la laacutempara Es importante pues que en el disentildeo de su sistema oacuteptico se cuide la forma y
distribucioacuten de la luz el rendimiento del conjunto laacutempara-luminaria y el deslumbramiento que
pueda provocar en los usuarios Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de
faacutecil instalacioacuten y mantenimiento Para ello los materiales empleados en su construccioacuten han de
ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la
temperatura de la laacutempara dentro de los liacutemites de funcionamiento Todo esto sin perder de vista
aspectos no menos importantes como la economiacutea o la esteacutetica
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Clasificacioacuten
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo maacutes comuacuten es utilizar criterios
oacutepticos mecaacutenicos o eleacutectricos
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas oacutepticas de la laacutempara
Una primera manera de clasificar las luminarias es seguacuten el porcentaje del flujo luminoso
emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la laacutempara Es decir
dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo Seguacuten esta clasificacioacuten
se distinguen seis clases
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-directa
Indirecta
Clasificacioacuten CIE seguacuten la distribucioacuten de la luz
Otra clasificacioacuten posible es atendiendo al nuacutemero de planos de simetriacutea que tenga el soacutelido
fotomeacutetrico Asiacute podemos tener luminarias con simetriacutea de revolucioacuten que tienen infinitos
planos de simetriacutea y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de
planos (por ejemplo un proyector o una laacutempara tipo globo) con dos planos de simetriacutea
(transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetriacutea (el longitudinal)
como ocurre en las luminarias de alumbrado viario
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
Luminaria con infinitos planos de simetriacutea
Luminaria con dos planos de simetriacutea
Luminaria con un plano de simetriacutea
Para las luminarias destinadas al alumbrado puacuteblico se utilizan otras clasificaciones
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas mecaacutenicas de la laacutempara
Las luminarias se clasifican seguacuten el grado de proteccioacuten contra el polvo los liacutequidos y los
golpes En estas clasificaciones seguacuten las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales
las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres diacutegitos El primer nuacutemero va de 0
(sin proteccioacuten) a 6 (maacutexima proteccioacuten) e indica la proteccioacuten contra la entrada de polvo y
cuerpos soacutelidos en la luminaria El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de proteccioacuten contra la
penetracioacuten de liacutequidos Por uacuteltimo el tercero da el grado de resistencia a los choques
Clasificacioacuten seguacuten las caracteriacutesticas eleacutectricas de la laacutempara
Seguacuten el grado de proteccioacuten eleacutectrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases
(0 I II III)
Clase Proteccioacuten eleacutectrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensioacuten sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son seguacuten la aplicacioacuten a la que esteacute destinada la luminaria
(alumbrado viario alumbrado peatonal proyeccioacuten industrial comercial oficinas domeacutestico)
o seguacuten el tipo de laacutemparas empleado (para laacutemparas incandescentes o fluorescentes)
