Tubos fluorescentes en paralelu.

Conocer por lluminaria fluorescente, al conxuntu que formen una llámpara, denomada tubu fluorescente, y una armadura, que contién los accesorios necesarios pal funcionamientu. En ciertos llugares conozse como lluminaria solamente a la llámpara. La llámpara ye de descarga de vapor de mercuriu a baxa presión y utilízase de normal pa la llume doméstica o industrial. La so ventaya frente a otru tipu de llámpares, como les incandescentes, ye la so eficiencia enerxética.

La llámpara consiste nun tubu de vidriu finu revistíu interiormente con diverses sustancies químiques compuestes llamaes fósforos, anque xeneralmente nun contienen l'elementu químicu fósforu y nun tienen de confundir se con él. Esos compuestos químicos emiten lluz visible al recibir una radiación ultravioleta. El tubu contién amás una pequeña cantidá de vapor de mercuriu y un gas inerte, davezu argón o neón, a una presión más baxa que la presión atmosférica. En cada estremu del tubu atopa un filamentu fechu de tungsteniu, que al calecer en candia contribúi a la ionización de los gases.

Historia

El más antiguu antecedente del llume fluorescente posiblemente sía l'esperimentu realizao y descrito en 1707 por Francis Hauksbee, que xeneró por ionización electrostática del vapor de mercuriu una lluz azulao qu'algamaba pa lleer un escritu. Darréu'l físicu alemán Heinrich Geissler construyó en 1856 un dispositivu por aciu el cual llogró una lluz de rellumu azuláu a partir d'un gas enrarecido zarráu nun tubu y escitáu con una descarga llétrica. Por cuenta de la so forma, esti dispositivu pasó a llamase «tubu de Geissler». Na Feria Mundial de 1893 fueron amosaos dispositivos fluorescentes desenvueltos por Nikola Tesla.

En 1891, l'inventor estauxunidense, y collaborador de Tesla, Daniel McFarlane Moore empezó a realizar esperimentos con tubos de descarga gaseosa. Creó asina en 1894 la llámpara Moore», que se trataba d'una llámpara comercial que competía coles bombilles de lluz incandescentes inventaes pol so antiguu xefe Thomas Alva Edison. Estes llámpares, que conteníen nitróxenu y dióxidu de carbonu, emitíen lluz blanco y rosada respeutivamente, y tuvieron un ésitu moderáu. En 1904, les primeres d'estes llámpares instalar nunos almacenes de la ciudá estauxunidense de Newark. Como los llabores d'instalación, caltenimientu y arreglu d'estes llámpares yeren dificultoses, nun tuvieron ésitu.[1][2][3]

En 1901, Peter Cooper Hewitt amosó la so llámpara de vapor de mercuriu, que emitía lluz de coloración verde-azulada, que yera impropia pa la mayoría de los usos práuticos. Sicasí, el so diseñu taba mui cerca del de les llámpares actuales, amás de tener mayor eficiencia que los sos similares incandescentes.

En 1926, Edmund Germer, Friedrich Meyer y Hans Spanner propunxeron amontar la presión del gas dientro del tubu y anubrilo internamente con un polvu fluorescente qu'absorbiera la radiación ultravioleta emitida por un gas n'estáu de plasma, y convertir nuna lluz blanco más uniforme. La idea foi patentada al añu siguiente y darréu la patente foi adquirida pola empresa estauxunidense General Electric y so la direición de George Y. Inman poner a puntu pal so usu comercial en 1938.[4] Los conocíos tubos rectos y d'encendíu por precalentamiento amosar por primer vegada al públicu na Feria Mundial de New York nel añu 1939. De magar, los principios de funcionamientu caltuviéronse inalteraos, salvo les teunoloxíes de manufactura y materies primes usaes, lo que redundó nel amenorgamientu de precios y contribuyó a popularizar estes llámpares en tol mundu.

Funcionamientu

Instalación d'un fluorescente utilizando un interruptor d'arranque automáticu. A: tubu fluorescente, B: Entrada de 220 voltios, C: cebadores, D: Termostatu bimetálico, Y: Condensador, F: Filamentos, G: Reactancia inductiva

Con cebador y reactancia

Ye un sistema de funcionamientu que va cayendo en desusu dende l'apaición de dispositivos electrónicos que faen la mesma función de meyor manera y con menor consumu d'enerxía. Descríbese, sía comoquier, porque inda esisten munches lluminaries d'esti tipu y van siguir esistiendo mientres bastante tiempu, anque agora raramente instálense nueves. La Unión Europea, promoviendo l'aforru enerxético, esixe que los balastos d'estes lluminaries sían acaldía más eficientes, y eso solo puede llograse con balastos electrónicos. El Reglamentu (CE) N°245/2009 de la comisión del 18 de marzu de 2009 prevía la prohibición total d'esti tipu de balastos, ya inclusive de dalgunu electrónicu de los menos eficientes, a partir de 2017,[5] pero nel reglamentu 347/2010[6] llindó dicha previsión a la prohibición de los modelos menos eficientes.

Na figura de riba estrémense, amás de la mesma llámpara, dos elementos fundamentales: el «cebador» (tamién llamáu «arrancador» o «partidor») y la «reactancia» o «balastu», qu'apurre reactancia inductiva. En dellos países de fala española empléguense entá los sos sinónimos ingleses starter y ballast.

El cebador, partidor o arrancador ta formáu por una pequeñu angüeña de cristal que contién gases a baxa presión (neón, argón y gas de mercuriu) y en que'l so interior tópase un contautu formáu por una llámina bimetálica doblada en "O". En paralelu con esti contautu hai un condensador destináu al doble efeutu d'actuar d'amortiguador de chispa o apagachispas, y d'absorber la radiación de radiofrecuencies que pudieren interferir con receptores de radiu, TV o comunicaciones. La presencia d'esti condensador nun ye imprescindible pal funcionamientu del tubu fluorescente, pero ayuda abondo a aumentar la vida útil del contautu del par bimetálico cuando se-y somete a trabayar con altes corrientes y altes tensiones. Tanto'l cebador como la lluminaria encurtien la so vida útil cuanto más vegaes encender, por esta razón encamiéntase usar el llume fluorescente en rexímenes continuos y non como llume intermitente.

L'elementu qu'aprove reactancia inductiva llámase «balastu» o «balastru», anque en dellos países denominar incorreutamente «reactancia», qu'en realidá ye'l nome de la magnitú llétrica qu'aprove, non del elementu. Téunicamente ye un reactor que ta constituyíu por una bobina d'alambre de cobre esmaltáu, endolcada sobre un nucleu de chapes de fierro o d'aceru llétrico. El términu balastu nun tien de ser confundíu col so homónimu, el material usáu na construcción de víes de ferrocarril.

Al aplicar la tensión d'alimentación, los gases conteníos na angüeña del cebador se ionizan, colo qu'aumenta'l so temperatura lo suficiente por que la llámina bimetálica se deforme, faiga contautu cerrando'l circuitu, lo que va faer que los filamentos de los estremos del tubu calézanse en caldia, y esto empieza la ionización de los gases na proximidá de los filamentos. Al cerrase'l contautu'l cebador apágase y los sos gases vuelven esfrecese, polo qu'un par de segundos dempués el contautu ábrese nuevamente. Esta apertura trai de resultes que'l campu magnético creáu na reactancia inductiva suma sópito, lo que trai de resultes, acordies cola llei d'inducción de Faraday,[7] la xeneración d'un picu d'alta tensión (autoinducción) que termina de ionizar los gases. Fórmase plasma conductor dientro de tol tubu fluorescente y, poro, travesar una corriente d'electrones que interactúa colos átomos de Hg, Ar y Ne, escitándolos, los que van emitir lluz al desexcitarse, principalmente na rexón del ultravioleta (UV).

La diferencia de potencial aplicada a los filamentos y al tubu ye pulsante, porque la tensión llétrico qu'alimenta'l circuitu ye corriente alterna de 50 Hz (n'Europa,...) o de 60 Hz (n'USA, Xapón,...). Los filamentos tienen inercia térmica, pero'l plasma non, lo que produz un rápidu ceguñu na lluz emitida, que puede fadiar a delles persones, producir dolor de cabeza y hasta convulsiones a quien sufren d'epilepsia. Esti fenómenu embrivir al disponer los tubos en grupos, alimentaos cada tubu dende fases distintes y con rejillas de dispersión estroboscópica. Esti efeutu esaniciar colos modernos balastos electrónicos.

Los filamentos, al calecer, esprenden electrones que, xunto col picu de autoinducción, ionizan los gases qu'enllenen el tubu; fórmase asina un plasma que conduz la lletricidá. Este plasma escita los átomos del vapor de mercuriu que, al desexcitarse, emiten lluz visible y ultravioleta. Estos filamentos tán recubiertos por una especie de polvu llamao TRIPLECARBONATO, esti utilizar pa promover el saltu d'electrones ente'l cátodu y l'ánodu y cada vez que se energiza el tubu fluorescente esprender una pequeña cantidá del filamentu, que va formando la mancha negra que s'aprecia nos fluorescentes cuando tán cerca de cumplir la so vida útil, una vegada que s'escosó'l triplecarbonato nos filamentos, nun hai forma de que se dea'l saltu d'electrones y por tanto'l tubu fluorescente dexa de funcionar, a pesar de que toles demás partes del tubu tean en perfectu estáu. Por eso nun s'encamienta l'usu d'esta teunoloxía en llugares onde s'encender y apaguen constantemente.

El revestimiento interior de la llámpara tien la función de penerar y convertir la lluz ultravioleta en visible. La coloración de la lluz emitida pola llámpara depende del material d'esi recubrimientu internu. El material del tubu, vidriu común, contribúi a amenorgar la lluz UV que pudiera escapar fora de la lluminaria.

Les llámpares fluorescentes son dispositivos con rimada negativa de la so resistencia llétrica, respectu de la tensión llétrico. Esto significa que cuanto mayor sía la corriente que les traviesa, mayor ye'l grau d'ionización del gas y, por tanto, menor la resistencia qu'opón al pasu de felicidá corriente. Asina, si conéctase direutamente la llámpara a una fonte de tensión práuticamente constante, como la suministrada pola rede llétrica, la intensidá va tender a valores bien elevaos, y la llámpara va destruyir en pocos segundos. Pa evitar esto, siempres-y la coneuta al traviés d'un elementu llendador de corriente pa caltenela dientro de les sos llendes de trabayu. Esti elementu imitador, nel casu de la instalación de la Figura 1, ye'l balastu qu'aprove reluctancia inductiva, la que va absorber la diferencia ente la tensión d'alimentación y la tensión de trabayu del tubu.

Finalmente, l'amenorgamientu de la resistencia interna del tubu una vegada encendíu, fai que la tensión ente los terminales del cebador sía insuficiente pa ionizar el gas conteníu na so angüeña y por tanto'l contautu metálicu queda inactivu cuando'l tubu ta encendíu.

Hasta cerca de 1975 coesistieron n'Arxentina l'alimentación llétrico a cases por aciu corriente alterna y corriente continua, dambes de 220 voltios. Por cuenta de esto, nesti país inventóse cerca de 1950 un tipu de balastu pa corriente continua qu'aprovechaba la resistencia negativa de los gases ionizados de la lluminaria pa xenerar una oscilación por relaxación d'una frecuencia de dellos kHz. L'efeutu de cebador o arrancador llograr con un ruidosu sistema de contactos vibratorios que se deteníen en cuanto el tubu encendía. Tenía como inconveniente que cada tantu tenía d'invertise la polaridá por que la gastadura de la lluminaria fuera'l mesmu en dambos filamentos.

Compensación en llámpares fluorescentes

El conxuntu tubu fluorescente-balastu-cebador tien elementos reactivos (bobina y condensadores) que peracaben y dexen potencia reactiva respeutivamente (la bobina consumir los condensadores vencer). De cutiu entrepólase ente los terminales d'entrada un condensador que tien la finalidá de dexar que'l factor de potencia del dispositivu sía cercanu a 1. A esti tipu de compensación denominar «compensación en paralelu» por cuenta de esti arreglu.

El siguiente cálculu dexa saber el valor (en picu o nanofaradios) del condensador qu'hai qu'entrepolar, yá que si ye asitiáu unu de valor mayor al necesariu, va aumentar la corriente y el so consumu, polo que ye importante atopar l'aparente.


onde:

  • ye la capacitancia del condensador.
  • ye la potencia activa absorbida pol conxuntu.
  • ye l'ángulu que'l so cosenu ye'l factor de potencia inicial, antes de la compensación.
  • ye l'ángulu que'l so cosenu ye'l factor de potencia final, dempués de la compensación.
  • ye la tensión d'entrada.
  • ye la frecuencia en hercios de la tensión d'entrada.

Exemplu: Si un tubu ye de 18 W, con f = 50 Hz, V = 230 V (CA) y con factores de potencia final de 0,85 ya inicial de 0,226, el condensador a usar tien de ser de 4 μF (microfaradios).

Con balastu electrónicu

Esiste anguaño otru tipu de balastu o reactor, el balastu electrónicu, que consta d'un circuitu electrónicu y una pequeña bobina con nucleu de ferrita. Esti balastu, a diferencia del balastu inductivu, coneutar al fluorescente ensin cebador y llogra arranques instantáneos de la llámpara y ensin ceguños apreciables, o n'otros modelos, arranques d'una manera más nidia. En realidá, nun se trata d'un reactor nel sentíu estrictu del términu, sinón d'un circuitu electrónicu con semiconductores que xenera:

  • dos baxes tensiones pa encender los filamentos de los estremos.
  • una alta tensión d'alta frecuencia (decenes de kHz) aplicada ente los estremos.

Dambos procesos suman los sos efeutos pa ionizar los gases y asina producir el plasma conductor que va xenerar la radiación UV. Por regla xeneral, los tubos qu'empleguen el balastu electrónicu tienen un rendimientu llumínicu notablemente cimeru, y una vida media muncho más llarga que los qu'usen l'inductivu.

Les sos conexones son bien sencielles:

  • El cable de fase y el neutru conéctense dambos direutamente a los dos entraes del balastu.
  • Nesti balastu hai dos pares de salíes, y cada par tien de conectase a cada estremu (filamentu) de la llámpara.

Como se dixo de primeres, el "fósforu" que se menta nel dibuxu siguiente nun ye l'elementu químicu llamáu asina, sinón una sustancia químico compuesta, que usualmente nun contién fósforu.

Encendíu

Les llámpares fluorescentes precisen d'unos momentos de calentamiento antes d'algamar el so fluxu lluminoso normal, polo que ye aconseyable utilizales en llugares onde nun se tán encendiendo y apagando de cutio (como pasiellos y escaleres). Per otru llau, como se dixo, los encendíos y apagaos constantes encurtien notablemente la so vida útil.

La condición de la vida útil de la llámpara fluorescentes puede variar según el so usu y les condiciones ambientales en que s'atopa, y puede establecese ente 5000 y 10 000 hores.

Col balastu o reactancia electrónica antes nomáu, sustituyendo a la reactancia tradicional y al cebador, l'encendíu del tubu ye instantáneu allargando d'esta manera la vida útil. Sía comoquier, siempres tarda un tiempu en llegar a la so lluminosidá normal.

Propiedaes

  • Luminosidad: les llámpares fluorescentes tienen un rendimientu lluminosu que puede envalorase ente 50 y 90 lúmenes por vatiu (lm/W). La lluminosidá de la llámpara depende non solamente del revestimiento luminescente, sinón de la superficie emisora, de cuenta que al variar la potencia varia'l tamañu, por casu, la de 18 W mide unos 60 cm, la de 36 W, 1,20 m y la de 54 W 1,80 m.
  • Vida útil: ye tamién enforma mayor que la de les llámpares de incandescencia, pudiendo variar con facilidá ente 5000 h y más de 75 000 h (ente 5 y 75 vegaes más qu'una bombilla), lo que depende de diversos factores, tales como'l tipu de llámpara fluorescente o l'equipu de la lluminaria que s'utilice con ella.
  • Color: hai nel mercáu distintos modelos con distintos temperatures de color. Esta ta entendida xeneralmente ente los 3000 K y los 6500 K (del blancu fríu a lluz día templáu). Sicasí, na actualidá pueden consiguise tubos con una amplia gama de temperatura de color, lo que dexa atopar con relativa facilidá modelos que van dende los 2700 K hasta los 10 000 K, encamentándose la eleición en función del usu y de la iluminancia que vaya a instalase. Les llámpares de temperatura de color alta (p.e. el color blancu 5000K) encamiéntense cuando se precise una bona reproducción del color o con iluminancias altes; otra manera, con iluminancias baxes o cuando se busquen coloraciones templaes, va escoyese una temperatura de color baxa.

Ventayes

Peracabo d'enerxía

La gran ventaya d'esti tipu de llámpares ye la so, relativamente, amenorgáu consumu d'enerxía, pos tienen un rendimientu ente 50 y 80 lúmenes por vatiu de potencia (lm/W), frente a les llámpares tradicionales de incandescencia (ente 10 y 15 lm/W), que'l so consumu ye mayor y, inclusive, frente a otros tipos de llámpara, sacante los más recién. Eso llevó a un usu bien estensu, especialmente n'edificios d'usu públicu y oficines, pero nel consumu intervién non solo la mesma llámpara, sinón tamién la lluminaria y el sistema d'encendíu. Cualesquier balastu de reactancia y cebador consume más que'l so asemeyáu de tipu electrónicu, de cuenta qu'esisten posibilidaes d'aforru enerxético solu con camudar el balastu por unu más modernu, cambéu qu'amás esanicia otros inconvenientes como'l ceguñu y l'encendíu diferíu.

Ceguño

Les llámpares fluorescentes, col sistema d'encendíu de reactancia y cebador, nun dan una lluz continuo, sinón qu'amuesen un ceguñu que depende de la frecuencia de la corriente alterna aplicada (por casu: n'España, 50 Hz).[8] Esto nun se nota enforma a güeyu, pero una esposición continua a esta lluz puede dar dolor de cabeza [ensin referencies]. L'efeutu ye'l mesmu que si se configura un monitor d'ordenador a 52 Hz.

Esti ceguñu puede causar l'efeutu estroboscópico, de forma que un oxetu que xire a cierta velocidá podría trate estáticu so una lluz fluorescente. Por tanto, en dellos llugares (como talleres con maquinaria) podría nun ser recomendable esta lluz.

El ceguñu, anque pocu perceptible, puede afectar notablemente la salú de delles persones con dellos tipos migrañas, epilepsia y, en dellos casos, el so efeutu ye tan devastador pa la salú qu'hai quien queden escluyíos dafechu de dellos ámbitos públicos (biblioteques, trabayu, deportes,etc.) nos que suelen utilizase esti tipu de llume.

El ceguñu tamién causa problemes coles cámares de videu, una y bones la frecuencia a la que llee la imaxe del sensor puede coincidir coles fluctuaciones (oscilaciones) n'intensidá de la llámpara fluorescente.

Sicasí, con un balastu electrónicu nun esiste tal problema, pos esti dispositivu convierte la frecuencia de la corriente de 50 o 60 Hz a 20 KHz y nun se nota'l ceguñu más que nuna llámpara incandescente normal.

Vida útil

La vida útil de les llámpares fluorescentes amenórgase notablemente si enciéndense y apáguense frecuentemente, una y bones l'acción d'encender cuésta-yos muncho más trabayo que caltenese encendíes.

Les llámpares fluorescentes con balastu antiguu nun pueden conectase a un atenuador normal o dimmer (un regulador pa controlar el rellumu). Hai llámpares especiales (de 4 contactos) y controladores especiales que dexen usar un interruptor con regulador d'intensidá.

Dende mediaos de la década de los 80, hai una solución pa evitar estos inconvenientes, que ye'l balastu electrónicu, que cobró gran importancia a partir de mediaos de los 90. Nesti sistema faise funcionar al tubu de la mesma manera que na forma tradicional pero esta vegada nuna frecuencia de más de 20 kHz colo que s'evita dafechu l'efeutu estroboscópico, llogra que'l ceguñu sía invisible pal güeyu humanu (y de la mesma que les cámares de videu difícilmente llogren captalo), y que suman ruios por trabayar percima del espectru oyible. En definitiva llógrase una meyora del 10% nel rendimientu de la llámpara, un menor consumu, menor calor disipao, silenciu absolutu de la reactancia y mayor vida útil a los tubos.[ensin referencies]

El so llonxitú d'onda antes de ser prindada pol fósforu ye d'aproximao 250 a 370nm (nanómetros), dientro del espectru UV.

Desventaxes

Tien de tenese en cuenta qu'esti tipu de llámpares (fluorescentes) son consideraes residuos peligroses por cuenta del so conteníu de vapor de mercuriu que produz envelenamientu per mercuriu, polo cual débense refugar afechiscamente pa evitar efeutos ambientales negativos.[9][10][11][12] De normal, n'Europa, hai puntos de recoyida na mayoría de los supermercaos, y ye bien importante depositales ensin rompeles, porque lo más peligroso ye'l so conteníu de vapor de mercuriu. El vapor induz envelenamientu per mercuriu cuando s'esnelda.

Referencies

  1. ↑ Mr. Moore's Etheric Light. The Young Newark Electrician's New And Successful Device.. New York Times. 2 d'ochobre de 1896, Wednesday. http://query.nytimes.com/gst/abstract.html?res=9400Y1DE133BEE33A25751C0A9669D94679ED7CF. Consultáu'l 26 de mayu de 2008. Paid access.
  2. ↑ Gaster, Leon; Dow, John Stewart (1915) Modern illuminants and illuminating engineering. Whittaker & Co., páx. 107–111.
  3. ↑ Bright, Jr., Arthur A. (1949). The Electric-Lamp Industry. MacMillan. Pages 221–223 describe Moore tubes. Pages 369–374 describe neon tube lighting. Page 385 discusses Risler's contributions to fluorescent coatings in the 1920s. Pages 388–391 discuss the development of the commercial fluorescent at General Electric in the 1930s.
  4. ↑ Plantía:Ref patente
  5. ↑ Reglamentu (CE) N°245/2009 de la comisión del 18 de marzu de 2009
  6. ↑ Reglamentu (XE) N°347/2010 de la comisión del 21 d'abril de 2010
  7. ↑ Gribben, John; "The Scientists; A History of Science Told Through the Lives of Its Greatest Inventors"; Random House; 2004; pp 424–432; ISBN 978-0-8129-6788-3
  8. ↑ "Exposure and Color Temperature Variations When Photographing Under Fluorescent Lights"
  9. ↑ http://www.epa.gov/waste/hazard/wastetypes/universal/lamps/index.htm
  10. ↑ LampRecycle.org Commercial Lighting: Lamp Recyclers
  11. ↑ EPA.gov Mercury-Containing Light Bulb (Lamp) Regulatory Framework
  12. ↑ EPA.gov Mercury-Containing Light Bulb (Lamp) Collection and Recycling Programs Where You Live

Ver tamién

Enllaces esternos

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