Desventajas de las lámparas incandescentes como fuente de luz
A pesar de todas sus ventajas, todas las lámparas incandescentes, empezando por las de vacío con filamento de carbono y terminando por las llenas de gas de tungsteno, tienen dos desventajas importantes como fuentes de luz:
- baja eficiencia, es decir baja eficiencia de radiación visible por unidad bajo la misma potencia;
- una fuerte diferencia en la distribución espectral de la energía procedente de la iluminación natural (luz solar y luz diurna difusa), caracterizada por una escasa radiación visible de onda corta y un predominio de ondas largas.
La primera circunstancia hace que el uso de lámparas incandescentes no sea rentable desde el punto de vista económico, la segunda tiene como consecuencia la distorsión del color de los objetos. Ambos inconvenientes se deben a la misma circunstancia: obtener radiación calentando un sólido a una temperatura de calentamiento relativamente baja.
No es posible corregir la distribución de energía en el espectro de una lámpara incandescente, en el sentido de su convergencia significativa con la distribución en el espectro solar, ya que el punto de fusión del tungsteno es de unos 3700°K.
Pero incluso un ligero aumento en la temperatura de trabajo del cuerpo del filamento, digamos, de una temperatura de color de 2800 ° K a 3000 ° K, conduce a una reducción significativa en la vida útil de la lámpara (de aproximadamente 1000 horas a 100 horas) debido a una aceleración significativa del proceso de evaporación del tungsteno.
Esta evaporación conduce principalmente al ennegrecimiento de la bombilla de la lámpara recubierta de tungsteno y, en consecuencia, a la pérdida de luz emitida por la lámpara y, en última instancia, a la quema del filamento.
La baja temperatura de funcionamiento de la carcasa del filamento también es la razón de la baja salida de luz y la baja eficiencia de las lámparas incandescentes.
La presencia de un relleno de gas, que reduce la evaporación del tungsteno, permite aumentar ligeramente la fracción de energía emitida en el espectro visible debido al aumento de la temperatura de color. El uso de filamentos enrollados y el relleno con gases más pesados (criptón, xenón) permite un aumento ligeramente mayor en la fracción de radiación que cae sobre la región visible, pero medido solo en un pequeño porcentaje.
El más económico, es decir. con la mayor eficiencia luminosa, habrá una fuente que convierta toda la potencia de entrada en radiación de esa longitud de onda. La eficiencia luminosa de dicha fuente, es decir, la relación entre el flujo luminoso creado por ella y el flujo máximo posible con la misma potencia de entrada, es igual a la unidad. Resulta que la salida de luz máxima es de 621 lm/W.
A partir de esto, está claro que la eficiencia de la luz de las lámparas incandescentes será significativamente menor que las cifras que caracterizan la radiación visible (7,7 - 15 lm / W).Los valores correspondientes se pueden encontrar dividiendo la potencia luminosa de la lámpara por la potencia luminosa de una fuente con una eficiencia luminosa igual a la unidad. Como resultado, obtenemos una eficiencia lumínica del 1,24 % para una lámpara de vacío y del 2,5 % para una de gas.
Una forma radical de mejorar las lámparas incandescentes sería encontrar materiales de cuerpo de filamento que puedan funcionar a temperaturas significativamente más altas que el tungsteno.
Esto aumentaría la eficiencia y mejoraría el croma de su emisión. Sin embargo, la búsqueda de tales materiales no se vio coronada por el éxito, por lo que se construyeron fuentes de luz más económicas y con una mejor distribución espectral basadas en un mecanismo completamente diferente para convertir la energía eléctrica en luz.
Otra desventaja de las lámparas incandescentes:
¿Por qué las lámparas incandescentes se queman con mayor frecuencia en el momento del encendido?
A pesar de la superioridad económica, ninguno de los tipos de lámparas de descarga de gas ha demostrado ser capaz de reemplazar las lámparas incandescentes para iluminación, excepto Lámparas fluorescentes… La razón de esto es la composición espectral insatisfactoria de la radiación, que distorsiona completamente el color de los objetos.
Las lámparas de alta presión con gases inertes tienen un alto rendimiento lumínico, un ejemplo típico es lámpara de sodio, que tiene la mayor eficiencia luminosa de todas las lámparas de descarga de gas, incluidas las fluorescentes. Su alta eficiencia se debe al hecho de que casi toda la potencia de entrada se convierte en radiación visible.Una descarga en vapor de sodio emite solo un color amarillo en la parte visible del espectro; por lo tanto, cuando se iluminan con una lámpara de sodio, todos los objetos adquieren una apariencia completamente antinatural.
Todos los diferentes colores van desde el amarillo (blanco) hasta el negro (una superficie de cualquier color que no refleja los rayos amarillos). Este tipo de iluminación es extremadamente desagradable a la vista.
Así, las fuentes de luz de descarga de gas, por el mismo método de crear radiación (excitación de átomos individuales), resultan ser, desde el punto de vista de las propiedades del ojo humano, un defecto fundamental que consiste en la estructura lineal de la espectro.
Este inconveniente no se puede superar por completo utilizando directamente la descarga como fuente de luz. Se encontró una solución satisfactoria cuando al bit se le dio solo la función excitación del resplandor de los fósforos (Lámparas fluorescentes).
Las lámparas fluorescentes tienen una propiedad desfavorable en comparación con las lámparas incandescentes, que consiste en fuertes fluctuaciones en el flujo luminoso cuando funcionan con corriente alterna.
La razón de esto es la inercia significativamente menor del brillo de los fósforos en comparación con la inercia de los filamentos de las lámparas incandescentes, como resultado de lo cual, a cualquier voltaje que pase por cero, lo que lleva a la terminación de la descarga, el fósforo logra pierde una parte significativa de su brillo antes de que ocurra la descarga en la dirección opuesta. Resulta que estas fluctuaciones en el flujo luminoso de las lámparas fluorescentes superan de 10 a 20 veces.
Este fenómeno indeseable puede debilitarse en gran medida encendiendo dos lámparas fluorescentes adyacentes de modo que el voltaje de una de ellas se retrase con respecto al voltaje de la segunda en un cuarto de período.Esto se logra al incluir un capacitor en el circuito de una de las lámparas, lo que crea el cambio de fase deseado. Usar un contenedor simultáneamente mejora y Factor de potencia toda la instalación.
Se obtienen resultados aún mejores cuando se conmuta con cambio de fase de tres y cuatro lámparas. Con tres lámparas, también puede reducir las fluctuaciones en el flujo de luz encendiéndolas en tres fases.
A pesar de una serie de defectos señalados anteriormente, las lámparas fluorescentes, debido a su alta eficiencia, se generalizaron y, en un momento, en forma de diseños de lámparas fluorescentes compactas, las lámparas incandescentes fueron reemplazadas en todas partes. Pero la era de estas lámparas también ha terminado.
Actualmente, las fuentes de luz LED se utilizan principalmente en iluminación eléctrica:
El dispositivo y el principio de funcionamiento de la lámpara LED.