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Historia de la Lámpara

Historia de la Lámpara

Historia de la lampara,desde hace ya tiempo está disponible una variedad de nuevas opciones para iluminar nuestras casas, oficinas, centros comerciales y cualquier lugar donde se requiere una fuente de luz.

A nadie se le cruzó pensar que estos cambios pudieran traer problemas de interferencias en el ámbito de las comunicaciones ya que nunca antes se habían producido en gran magnitud y  transformarse en un problema como el actual donde el piso del ruido eléctrico se ha elevado tanto que se extiende en cualquier ciudad y aún lejos de éstas debido a la propagación de las interferencias por distintos modos.

abreviaturas utilizadas

RF: Radiofrecuencia
EMC: Compatibilidad electromagnética
EMI: Interferencia electromagnética
CC: Corriente Continua
GHz: Gigahertz
MHz: Megahertz
KHz: Kilohertz
Hz: Hertz
VHF: Very High Frequency (Muy alta Frecuencia)

Los requerimientos por parte de los gobiernos para que estas nuevas tecnologías también sirvan para ahorrar energía al ser más eficientes, dio lugar a la aparición de dispositivos electrónicos digitales de alta potencia que están generando severos problemas en cuanto a la generación de interferencias en el espectro radioeléctrico.

Se está produciendo el cambio progresivo y masivo en el uso de las tradicionales lámparas incandescentes con filamento de tungsteno hacia las lámparas halógenas de bajo voltaje, los tubos fluorescentes compactos o lámparas de bajo consumo.

 

Hasta ahora se había considerado una frecuencia límite de 30 MHz donde se podían encontrar perturbaciones o interferencias debido a los componentes que integran las luminarias.

Los avances en la tecnología de iluminación durante los últimos años han llevado al aumento del uso de fuentes de alimentación por conmutación y también al uso de reactancias electrónicas para las lámparas fluorescentes compactas.

Esto hizo que se detectaran interferencias de gran magnitud en frecuencias superiores a los 30 MHz, llegando hasta los 300 MHz y la consecuente preocupación por mantener las emisiones indeseadas dentro de límites que no afecten los distintos servicios de radiocomunicaciones.

¿Por qué se utilizan las fuentes de alimentación conmutadas y reactancias electrónicas?
Estas permiten una mayor funcionalidad y una mayor facilidad en el control remoto de las luminarias y controlar la atenuación de las lámparas fluorescentes incluidas las lámparas de descarga.

Otra característica del reactancia electrónica es que opera a una frecuencia mucho más alta que la frecuencia de la red de energía, por lo que brinda un aumento considerable de la eficiencia, lo cual a su vez cumple con los objetivos de reducción de emisiones contaminantes que se generan durante la producción de energía, en apoyo a la política mundial acerca del cambio climático.

Se ha comprobado que una cantidad significativa de energía se pierde en los productos de iluminación que son ineficientes.

Las políticas de los distintos gobiernos está por lo tanto destinada a promover el uso de lámparas fluorescentes compactas de bajo consumo en el hogar y el uso de energía eficiente mediante reactancias electrónicas para las luminarias fluorescentes que normalmente se utilizan en los lugares de trabajo.

Las lámparas de bajo consumo tienen el mismo zócalo a rosca y se colocan directamente como reemplazo de la lámpara incandescente.
Alcanza una alta eficiencia debido a que el tubo fluorescente es alimentado a frecuencias de hasta 40 KHz.

Las lámparas de bajo consumo serán en poco tiempo de uso obligatorio para el hogar.

Las normas de reducción de consumo de energía también proponen reemplazar las reactancias tradicionales de 50 Hz por reactancias electrónicas que operen a 40 kHz para todas las instalaciones de tubos fluorescentes de mayor potencia.
El propósito es imponer la eficiencia energética.
El efecto directo de esto será prohibir la baja frecuencia tradicional para todos los tubos fluorescentes.

Estos profundos cambios en la tecnología de iluminación tienen un impacto significativo en la compatibilidad electromagnética para con el resto de los sistemas electrónicos de comunicaciones.

Por tal motivo se está trabajando en el siguiente proyecto:

1. Verificar las nuevas tecnologías utilizadas en los productos de iluminación con el fin de determinar los mecanismos de posible interferencia y los efectos que puedan ser observados.

2. Medir las emisiones de una serie de productos de iluminación que se usan actualmente que utilizan control electrónico o fuente de alimentación electrónica, para determinar los niveles reales y rangos de frecuencia de las interferencias que producen.

3. Examinar los métodos de prueba utilizados para medir las emisiones causadas por  productos de iluminación para determinar si las pruebas son las más adecuadas para estos productos.

4. Considerar si se cumple con las normas y límites de los niveles de las emisiones correspondientes para determinar el nivel de protección que se da a los sistemas de radiocomunicaciones.

Las lámparas incandescentes
Las lámparas de filamento de tungsteno y las lámparas halógenas de tungsteno son los tipos de lámpara incandescente común disponible hoy en el mercado.

La lámpara de filamento de tungsteno es la tradicional lámpara de Edison.

La baja eficiencia y relativa poca vida útil de estas lámparas significa que no es una energía eficiente como fuente de luz ya que gran parte de la energía consumida se pierde en calor y es de esperar que se desaliente su uso en el futuro próximo.

Se basa en la emisión de luz a través de un filamento de tungsteno, que se vuelve incandescente al paso de la corriente eléctrica. La mayor parte de la energía se convierte en calor y no en luz, 94 % en una lámpara de 100 Watts.

Las lámparas comunes tienen un bulbo de vidrio, dentro del cual se inyectan gases como el nitrógeno y el argón para reducir la evaporación del metal y así prolongar su vida útil.

Emiten luz cálida y una importante proporción de radiación infrarroja invisible.
Existen gran variedad y modelos para distintos usos.

Desde el punto de vista de radiofrecuencia estos son dispositivos pasivos que operan en la frecuencia de la tensión de la red.

A menos que se utilice algún dispositivo electrónico para variar la intensidad o algún otro dispositivo de control, no hay problemas de interferencia de radio directamente asociados con este tipo de producto de iluminación.

Cabe señalar sin embargo que cualquier red de distribución de cableado estructurado como el utilizado para la distribución de electricidad domiciliaria tiene el potencial de propagar la interferencia de radiofrecuencia procedente de otras fuentes.

Las lámparas halógenas
Las lámparas halógenas de tungsteno son muy utilizadas en la industria automotriz para los faros de los vehículos y también son cada vez más incorporados en la iluminación doméstica y comercial, conocidas como dicroicas basadas en el diseño de un casquillo o reflector dicroico, que elimina la mayor parte de la radiación infrarroja generada por la lámpara hacia la parte posterior, a la vez que refleja la radiación visible hacia delante.

 

En estas lámparas, el cuerpo que se lleva a la incandescencia es un filamento espiralado de tungsteno que, como consecuencia de la circulación de corriente por el mismo, se calienta hasta los 2600 / 3000 º Kelvin en una ampolla cuya atmósfera no contiene oxígeno, y posee una mezcla de gases inertes que no reaccionan con el filamento, como el argón y el nitrógeno; a la que se agrega una determinada cantidad de elementos halógenos, como iodo o bromo, que se van combinando con el tungsteno que se evapora, para luego restituirlo al filamento.

La mezcla se introduce en la ampolla a una presión mayor que la atmosférica, disponiéndose de un bulbo especialmente fabricado para soportar las mayores temperaturas de trabajo que se emplean en estas lámparas. En algunos casos, la ampolla tiene un tratamiento para filtrar la radiación ultravioleta.

El tungsteno que se evapora del filamento se combina con el iodo o el halógeno correspondiente en las cercanías de la ampolla, en la zona de los 500 º K, formando ioduro de tungsteno en estado gaseoso, que en ese estado permite pasar el flujo luminoso. El flujo gaseoso de convección dentro de la ampolla lleva esa molécula hacia el filamento, donde en la zona de los 1800 º K se disocia en iodo y tungsteno. El halógeno queda libre para repetir el ciclo y el tungsteno es captado por el filamento, el que de esta forma se va regenerando.

Esta regeneración no es perfecta, pues el átomo que regresa al filamento no se deposita en el mismo lugar del que partió. Sin embargo, con este ciclo de trabajo, se obtiene una mayor duración de la lámpara, una más alta constancia del flujo luminoso al no ennegrecerse la ampolla y un mejor rendimiento por las altas temperaturas usadas.

Un aspecto a tener en cuenta es que para la atenuación (dimming) de estas lámparas no resulta recomendable reducir la tensión por debajo del 60 % del valor nominal, ya que de lo contrario no se alcanzan las temperaturas internas necesarias para el establecimiento del ciclo del halógeno.

La construcción de este tipo de lámpara permite la operación a una temperatura más alta y por lo tanto produce mayor intensidad de luz en comparación con las tradicionales lámparas de filamento de tungsteno.

La evaporación del material del filamento es también mucho menor y por lo tanto, la vida útil es mucho mayor.
La mayoría de las lámparas halógenas de tungsteno están diseñadas para trabajar con baja tensión; 12V es lo típico pero hay de otros voltajes.
La alimentación puede ser corriente continua o alterna indistintamente.

No hay emisiones de radiofrecuencia ni se presentan problemas asociados con las luces en sí mismas, sin embargo pueden generarse problemas de interferencia si se utilizan fuentes de alimentación del tipo de conmutación, por lo general trabajando entre 30 y 100 KHz.

Todos los problemas de interferencia están asociados con el suministro de energía con fuentes de conmutación, por lo tanto, es lo que lamentablemente cabe esperar con este tipo de iluminación, con el agravante que la alimentación de estas lámparas se efectúa a través de cables largos que actuarán como irradiante de los pulsos de conmutación.

En este caso, si se utiliza algún sistema para atenuar la iluminación, las posibilidades de interferencia bajarán en la misma medida que se disminuye la potencia entregada al sistema de luminarias.

Se han reportado numerosos casos de carteles y vidrieras de negocios que emplean iluminación halógena que impiden la recepción en algunos casos por completo de las emisoras de radiodifusión de onda media.

También se ha tenido que modificar el diseño de las fuentes de conmutación para lámparas halógenas ya que se han reportado muchísimos casos de interferencias en la banda de radiodifusión de VHF FM.

Lámparas fluorescentes
Las lámparas o también llamados tubos fluorescentes han sido el pilar de la iluminación de oficinas, fábricas y otros entornos comerciales durante muchos años, dando luz a una eficiencia de 5 a 10 veces mayor que las lámparas comunes de filamento de tungsteno.
Existen desde una potencia de entre 5W y 200W dependiendo de la aplicación y los niveles de iluminación requeridos. 

El tubo fluorescente consta de un electrodo en cada extremo, relleno con un gas, normalmente una mezcla argón / criptón y una pequeña cantidad de mercurio.

Se trata de una lámpara de descarga que es iniciada por un arrancador que calienta los filamentos de cada extremo del tubo para que caliente al gas y comience la descarga.

La corriente que circula es controlada por una reactancia, que es tradicionalmente un inductor con núcleo de hierro.
Una vez que el arco se ha iniciado, la reactancia limita el flujo de corriente, y el circuito opera a la frecuencia de línea.

El tubo fluorescente está formado por un tubo de vidrio fino revestido interiormente con un recubrimiento que contiene fósforo y otros elementos que emiten luz al recibir una radiación ultravioleta.

El arrancador está formado por una pequeña ampolla de cristal rellena de gas neón a baja presión y en cuyo interior se halla un contacto formado por láminas bimetálicas.

En paralelo con este contacto se halla un condensador destinado a evitar chispas en las láminas de los contactos.

Al aplicar la tensión de alimentación, el gas contenido en la ampolla del arrancador se ioniza con lo que aumenta su temperatura lo suficiente para que la lámina bimetálica se deforme cerrando el circuito, lo que hará que los filamentos de los extremos del tubo se enciendan. Al cerrarse el contacto el arrancador se apaga y el gas vuelve a enfriarse, con lo que los contactos se abren nuevamente y se repite el proceso. De este modo la corriente aplicada a los filamentos es pulsante.

La función del condensador contenido en el arrancador, es absorber los picos de tensión que se producen al abrir y cerrar el contacto, evitando su deterioro por las chispas que en otro caso se producirían.

Los filamentos al calentarse generan electrones para ionizar el argón que llena el tubo, formando un plasma que conduce la electricidad.

Este plasma excita los átomos de mercurio que, como consecuencia, emiten luz visible y ultravioleta.

El revestimiento interior de la lámpara tiene la función de filtrar y convertir la luz ultravioleta en visible. La coloración de la luz emitida por la lámpara depende del material de dicho recubrimiento interior.

Las lámparas fluorescentes son dispositivos con resistencia negativo-dependiente de la tensión. Esto significa que cuanto mayor es la corriente que la atraviesa mayor es el grado de ionización del gas y por tanto menor la resistencia que opone al paso de dicha corriente.

Así, si se conecta la lámpara a una fuente tensión prácticamente constante, como es la red eléctrica, la lámpara se destruiría en pocos segundos. Para evitar esto siempre se conectan a través de un elemento limitador de corriente para mantener esta dentro de límites tolerables. Este elemento limitador, es la reactancia inductiva.

Finalmente, la disminución de la resistencia interna del tubo una vez encendido, hace que la tensión entre los terminales del arrancador sea insuficiente para ionizar el gas contenido en su ampolla y por tanto el contacto bimetálico queda inactivo cuando el tubo está encendido.

Las lámparas fluorescentes necesitan de unos momentos de calentamiento antes de alcanzar su flujo luminoso normal, por lo que es aconsejable utilizarlas en lugares donde no se están encendiendo y apagando continuamente (como pasillos y escaleras). Por otro lado, los encendidos y apagados constantes acortan notablemente su vida útil.

De hecho, casi se considera que su vida útil se puede medir en número de encendidos.

Por ejemplo, una lámpara que tenga una vida útil de 3000 horas en un uso de 8 horas diarias ininterrumpidas, puede tener una vida útil de 6000 horas con un uso de 16 horas diarias ininterrumpidas.

La emisión de radiofrecuencia de un tubo fluorescente es habitual debido a la formación de arcos en los electrodos.
La alimentación de una lámpara fluorescente a una frecuencia mayor que la de red lleva a una reducción del parpadeo visual, una reducción en el zumbido que produce, una gran facilidad para controlar la atenuación y control y un aumento de la de eficiencia de hasta en un 25% aproximadamente.

Por este motivo la operación a una frecuencia más alta es un requisito indispensable para cumplir con las normativas de ahorro de energía.

Para hacer funcionar un tubo fluorescente a mayor frecuencia se necesita una reactancia de conmutación electrónica.

Una frecuencia de funcionamiento típica de una reactancia electrónica está en el rango de 20 KHz a 40 KHz.

La reactancia de alta frecuencia es esencialmente una fuente de alimentación de conmutación, y puede generar las mismas interferencias de radiofrecuencia de la misma forma que cualquier fuente de alimentación conmutada.
Reactancias o balastos electrónicos

La reactancia electrónica puede ser vista como un cambio de la fuente de alimentación por una de alta frecuencia de salida de corriente alterna. Un filtro de RF se incluye siempre en la entrada de alimentación de red con el fin de que la unidad cumpla con los requisitos de la norma de emisiones de interferencias.

El acondicionamiento de la señal de salida puede incluir algunas contramedidas para evitar interferencias de RF pero esto no es universal en todas las marcas de lámparas ya que la  función principal de los inductores de salida es la de limitar la corriente suministrada a las lámparas.

Diagrama de bloques de la reactancia electrónica de lámparas fluorescentes compactas

Atenuación de lámparas fluorescentes
La atenuación de las lámparas fluorescentes se logra mediante la reducción de la potencia aplicada al tubo fluorescente.

A fin de mantener la ionización del gas dentro del tubo, es necesario aumentar la frecuencia de operación a medida que disminuye el nivel de salida de luz.

Así, una reactancia electrónica típica que opera a alrededor de 30 KHz para la máxima salida de luz, suministrará alimentación en frecuencias crecientes de hasta aproximadamente 100 KHz para la mínima salida de luz.

Este es un método muy diferente al de la atenuación de las lámparas incandescentes que utilizan un tiristor común basado en la disminución del ancho del pulso de alimentación para reducir la potencia suministrada a la lámpara.

Lámparas Fluorescentes Compactas
Son lámparas fluorescentes diseñadas para ser utilizadas en espacios cerrados y también como una alternativa a las lámparas incandescentes.

Las lámparas fluorescentes compactas son fabricadas hasta potencias de 30W y por lo tanto, los niveles esperados de interferencia radiada son inferiores a las de las luminarias realizadas con tubos fluorescentes comunes.

Las emisiones conducidas suelen estar en niveles similares a los de los tubos fluorescentes de mayor potencia ya que éstos no utilizan filtros de RF en la alimentación y las reactancias son de menor rendimiento para reducir los costos de fabricación.

Posibles problemas de EMC
Generación de EMI
Son dos las fuentes posibles de interferencias.

En primer lugar, las variaciones en la corriente debido a chispas en los electrodos de la lámpara durante la operación normal y en segundo lugar, el ruido de conmutación del oscilador de la reactancia electrónica y sus armónicos.

Propagación de EMI
La interferencia puede ser que se propague a través de los cables de alimentación o radiada de la lámpara o luminarias directamente.

Los tubos fluorescentes de hasta 2,40 metros de largo alimentados con reactancia electrónica  pueden irradiar de manera eficiente interferencias en frecuencias de 60MHz y más altas también.

Todos los componentes que integran el circuito tienen el potencial de generar campos magnéticos de frecuencias mucho más bajas.

Diodos emisores de luz (LED)
Los LED están comenzando a ser utilizados como productores eficientes de luz en carteles, semáforos, luces de STOP y de giro para automóviles, indicadores de tableros, linternas, etc.

En el caso de los semáforos y luces de automóviles se los utiliza en forma de agrupación de LED.
Tienen bajo mantenimiento, la producción de luz es eficiente, hay gran variedad de colores, y ya se encuentran en el mercado LED que emiten luz azul muy brillante y se encuentran en investigación LED emisores de luz blanca.

Los LED son dispositivos de bajo voltaje de CC y no generan interferencias de RF en sí mismos.

Para la mayoría de las aplicaciones se requiere de una fuente de alimentación para proveer baja tensión de corriente continua.
Si se trata de una fuente de conmutación, tendrá los problemas de interferencia normalmente  asociadas a las fuentes conmutadas.

Con el fin de aumentar la intensidad de luz emitida por un dispositivo a LED, la fuente de alimentación puede diseñarse para entregar pulsos de pico superiores a la potencia máxima especificada para operación en forma continua.

La fuente de alimentación conmutada normalmente puede suministrar anchos de pulso variables desde varios microsegundos a varios cientos de microsegundos con una frecuencia de unos pocos KHz.

El consumo de energía depende del número de LED que constituyen el dispositivo, pero normalmente es del orden de varias decenas de Watts.

Esto significa que el funcionamiento y la capacidad de potencia de la fuente de alimentación conmutada es bastante similar a las de control electrónico para lámparas fluorescentes, lo mismo que para las lámparas y fuentes electrónicas utilizadas para la iluminación con lámparas halógenas de cuarzo.

Los LED tienen una larga duración, gran resistencia y son casi el doble de eficientes que los fluorescentes. En efecto, ya se usan en computadoras, televisores y otros electrodomésticos y son cada vez más utilizados para aplicaciones en exteriores.

A pesar de todo, los LED no se han adoptado aún a gran escala para las aplicaciones de iluminación general. Uno de los problemas es que la luz de los LED de suficiente potencia para iluminar una habitación tiene un gran costo inicial en comparación con una lámpara incandescente similar. Esto puede suponer una gran barrera psicológica para los consumidores, aunque el costo de la energía y el mantenimiento sea bastante inferior. Otro problema es que la vida útil de un LED se reduce drásticamente si funciona a altas temperaturas. Esto nos plantea el problema de la disipación del calor, especialmente en lámparas potentes, y dificulta la reducción de costos. La fabricación de los semiconductores de los LED con sustratos diferentes del zafiro sería más barata y las alternativas, como sustratos a base de silicio, podrían mejorar la gestión del calor.

 

Otro reto que se plantea es cómo crear luz blanca con los LED.
La técnica preferida para los dispositivos actualmente en el mercado es cubrir un LED azul o ultravioleta con un material fosforescente que absorbe las emisiones monocromáticas y reemitir después la energía como luz blanca de amplio espectro.

Otra forma, posiblemente más eficiente, de generar luz blanca es mezclar la luz de los LED rojos, azules y verdes. Sin embargo, estos dos métodos plantean problemas de rendimiento cromático. Este último método tiene el problema añadido de que la vida útil de los tres tipos de LED no es la misma, por lo que la luz cambiará de color a medida que pasa el tiempo.

Se gana por una parte y se pierde por la otra: los dispositivos que tienen muy buen rendimiento cromático suelen tener una mala eficiencia energética.

En la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee (USA), se está desarrollando una posible solución. Su idea es utilizar un LED emisor de luz ultravioleta para excitar los electrones de los nanocristales de seleniuro de cadmio que responden reemitiendo una luz blanca con un rendimiento cromático excelente. Podría ser una alternativa viable si se logra mejorar considerablemente su eficiencia que aún es baja.

Se están investigando los compuestos orgánicos que ya se han considerado como posible alternativa al silicio en células solares para usarlos en los LED. Los OLED producen luz de forma muy parecida a los LED, pero en ellos las cargas positivas y negativas se originan en compuestos orgánicos en lugar de en semiconductores cristalinos. Normalmente estos compuestos orgánicos están unidos a una lámina de polímero fija. La ventaja de los materiales orgánicos es que, al menos en teoría, pueden producirse de una forma comparativamente barata con la misma tecnología de rodillos que se usa para fabricar otros tipos de películas de plástico.

El principal problema con los OLED es que el agua y el oxígeno degradan los materiales orgánicos, con lo cual la vida útil de los dispositivos es corta.

Esto puede solucionarse hasta cierto punto encerrando los compuestos orgánicos en un polímero transparente inerte, como una resina epoxi. Pero de todos modos los compuestos se degradan intrínsecamente, especialmente los OLED azules, que hay que mezclar con los de color rojo y verde para generar luz blanca.

Lámparas de descarga de Alta Intensidad (HID)
La mayoría de las otras lámparas de descarga pueden ser clasificadas como HID.

Se incluyen en esta clase las lámparas de sodio a baja presión, lámparas de mercurio de alta presión, lámparas de halogenuros metálicos y las lámparas de sodio de alta presión.

 

Todos estos tipos de lámparas utilizan electrodos.
Usualmente dentro de la lámpara hay un gas iniciador de la descarga, neón o argón, que permite que el arco comience y la lámpara alcance la temperatura suficiente para que el mercurio o el sodio se vaporicen.
Las lámparas de sodio de baja presión se utilizan generalmente para la iluminación de calles. Estas lámparas tienen la ventaja de que son de muy alta eficiencia, pero la desventaja principal es que la luz producida es casi monocromática de característico color amarillo.

 

Las lámparas de mercurio de alta presión se utilizan ampliamente para la iluminación industrial y al aire libre.

 

El uso de una alta presión de vapor tiene el efecto de ampliar el espectro de emisión de luz y por lo tanto, mejorar el equilibrio de color de la lámpara. La eficiencia de la lámpara es menor que la de un tubo fluorescente estándar, pero se pueden fabricar lámparas de potencia significativamente mayor.

Debido a la dificultad para volver a comenzar un arco en un bulbo con gas a alta presión, en el caso que el arco se interrumpa por un micro corte de energía, la lámpara de mercurio se apaga y tomará varios minutos para que se reinicie ya que tiene que enfriarse para permitir que la presión interna caiga y pueda reiniciarse el ciclo.

Las lámparas de halogenuros metálicos tienen una construcción similar a las de mercurio, pero de construcción más compacta y tienen una eficiencia de aproximadamente el doble que las lámparas de mercurio de alta presión y tienen también una buena escala cromática.

Por lo tanto este tipo de lámpara es habitual para el uso en iluminación exterior e instalaciones muy diversas.

Necesitan un voltaje de arranque muy alto y generalmente se utiliza un arrancador electrónico.
Esto tiene la ventaja de permitir un reencendido de la lámpara luego de un corto tiempo de enfriamiento en el caso de un micro corte en la alimentación.

Las lámparas de sodio de alta presión tienen un espectro mucho más amplio de luz visible que las del tipo de baja presión.

Estas lámparas son preferibles a las lámparas de mercurio de alta presión en muchas aplicaciones donde la reproducción de color no es crítica ya que pese a tener menor amplitud de espectro que las de mercurio, tienen aproximadamente el doble de eficiencia.

Al igual que las lámparas de halogenuros metálicos, las de sodio de alta presión necesitan de un arrancador de alta tensión y lo más probable es que sea electrónico.

El uso de las reactancias electrónicas para las lámparas de descarga de alta intensidad no proporcionan las ganancias en eficiencia que están asociadas con su uso en las lámparas fluorescentes.

Sin embargo se utilizan para poder controlar la intensidad de la luz variando la potencia entregada y poder por ejemplo iluminar con menor intensidad a zonas en que no sea necesaria una alta iluminación.
Las emisiones de interferencias que producen estas lámparas están asociadas con las chispas en los electrodos, lo mismo que ocurre con las lámparas fluorescentes pero los niveles de potencia utilizados son mucho más altos ya que se utilizan habitualmente para instalaciones con altos requerimientos lumínicos e industriales y dicho uso significa que los niveles de las emisiones de interferencia por chispas en los electrodos son mucho más altos que los de las lámparas fluorescentes.

Lámparas de descarga sin electrodos
Estas lámparas trabajan basadas en los mismos principios que las lámparas de descarga donde se aplica energía a los electrodos para ionizar el vapor y la corriente que fluye excita los átomos de vapor o las moléculas de forma tal que se inicia un arco dentro del tubo dando lugar a las emisiones de luz visible.

En lugar de entregar la energía al gas utilizando electrodos, el acoplamiento se logra a través de inducción o radiación a determinadas frecuencias.
Dos diseños básicos son los que se utilizan actualmente: el sistema de tubo acoplado por inducción y la lámpara de sulfuro excitada por energía de microondas.

Las lámparas de acoplamiento inductivo operan en la región de frecuencia de 2.5MHz a 3MHz.
La energía se aplica al tubo de descarga a través de un par de bobinas de inducción.
La eficiencia de este tipo de lámpara es similar a las lámparas de descarga con electrodos, tiene la ventaja que no hay electrodos que se degraden, la vida útil es mucho mayor y se suelen utilizar en zonas de poco acceso o escaso mantenimiento.
No hay emisiones de RF por descarga de chispas, sin embargo van a existir interferencias provenientes del generador de RF en la frecuencia fundamental y sus armónicos.

Las lámparas de sulfuro operan en frecuencias de microondas y el tubo de descarga o más bien llamada la ampolla de descarga se excita utilizando magnetrones que operan en la frecuencia de 2.45 GHz en la banda que está destinada para uso industrial, médico, científico y algunos hornos de microondas, que no es el mismo rango que el que se utiliza para telecomunicaciones.
Una lámpara de sulfuro produce más luz que cualquier otra fuente única de iluminación.

Estas lámparas suelen utilizarse para iluminación remota en parques industriales y grandes frigoríficos, por ejemplo, y permite incluir dispositivos para evitar interferencias si es necesario.

Una vez más, no va a haber interferencias debido a la ausencia de los electrodos, pero existirá interferencia en la frecuencia fundamental de oscilación del magnetrón y sus armónicos junto a la emisión de RF de la fuente de corriente continua de alto voltaje que alimenta el magnetrón.

La mayoría de la interferencia producida por los hornos de microondas es de hecho debido a la alta tensión de alimentación de CC.

Lámparas de descarga de uso automotriz
Las lámparas de descarga de arco de xenón se están utilizando en muchos modelos de automóviles de alta gama alta y se prevé que se van a utilizar en un número cada vez mayor, ya que proporcionan una mayor eficiencia, menor mantenimiento y una mayor temperatura de color que las lámparas tradicionales de filamento o halógenas.

Estas lámparas necesitan un arranque electrónico de alta tensión, y esto, combinado con el potencial de electrodo de chispa significa que existe la posibilidad de emisiones de RF de estos dispositivos.
Aunque en la actualidad el uso de esta tecnología está limitado al mercado automotriz es muy probable que en el futuro su utilización se vea en otras aplicaciones.

Conclusiones
La pugna para sustituir las lámparas incandescentes va a ser dura. Pero estas tecnologías rivales no tienen ni mucho menos garantizada la aceptación del consumidor. Uno de los problemas es la confusión generada por todas las alternativas.

Otro es que estos dispositivos tienen distintas piezas, de forma que la duración y eficiencia energética que se da para la tecnología básica no coincide con la de todo el dispositivo que, de momento, no es mucho mayor que la de las lámparas incandescentes.

En las lámparas LED, por ejemplo, la electrónica o el fósforo pueden degradarse mucho antes que el propio dispositivo de estado sólido. Los datos del Departamento de Energía de los Estados Unidos publicados en 2008 indicaban que los LED disponibles en el mercado eran la mitad de eficientes que las luces fluorescentes compactas. Y aunque desde entonces se han hecho grandes avances, sigue habiendo problemas.

Mientras tanto, dado que la aceptación generalizada de estas tecnologías es crucial para cambiar los hábitos de los consumidores –y en última instancia para ahorrar grandes cantidades de energía – los gobiernos prefieren evitar los errores cometidos con otras tecnologías, como las primeras lámparas fluorescentes que muchos usuarios aborrecían.

Si el público tiene una mala opinión de una tecnología desde el principio, su evolución posterior puede quedar sentenciada: un buen motivo para no hacer obligatoria una tecnología antes de que esté lista y se haya probado en el mercado.

Los comentarios en sitios web que mencionan el abandono progresivo de las luces incandescentes han mostrado que la opinión del público sobre las luces fluorescentes no ha cambiado mucho en todos estos años.

El costo, el rendimiento cromático, el parpadeo y la presencia de mercurio son sólo algunos de los problemas mencionados. Las luces fluorescentes siguen teniendo un pequeño porcentaje del mercado en comparación con las lámparas de mayor energía.

Por todos estos motivos, la lámpara incandescente de uso general podría no reemplazarse por una única fuente, sino por una serie de tecnologías adecuadas a distintos usos.

Por ejemplo, si se logra producir iluminación de OLED económicamente en láminas continuas mediante técnicas de rodillos, será la candidata natural para los paneles planos que generan un brillo difuso para iluminación ambiental. De esta forma, los OLED se convertirían en el complemento natural de la luz direccional brillante que procede de LED semiconductores que podrían utilizarse mejor para tareas en las que se necesita una luz intensa, como la lectura.

Esas combinaciones nos llevarían a nuevos conceptos en el diseño de la iluminación de forma que los arquitectos podrían ayudar a ahorrar energía al no derrochar la luz donde no se necesita.

Resumen
Las lámparas de filamento incandescente no generan interferencias mientras que se alimenten con dispositivos que trabajen en la frecuencia de red.

Las lámparas de descarga con electrodos generan emisiones de radiofrecuencia debido a las chispas en los electrodos. Estas emisiones son naturalmente de banda ancha, desde 100 KHz hasta los 3 MHz.

Las lámparas de descarga sin electrodos no generan interferencia por la lámpara, sin embargo, no pueden funcionar sin una fuente de alta frecuencia que podría dar lugar a importantes emisiones en los armónicos y en la frecuencia fundamental de generación.

Los LED no generan interferencias en las frecuencias de radio si son alimentados por una fuente de corriente continua no conmutada.

Control de la lámpara
Las lámparas incandescentes pueden ser controladas por dispositivos electrónicos que cambian su frecuencia dentro del rango de los 100 KHz con dispositivos que controlan el ancho de pulso. Importantes emisiones de radiofrecuencia se llegan a producir hasta en frecuencias por encima de 100MHz.

Las lámparas fluorescentes son las únicas lámparas que solamente pueden ser  controladas usando reactancias electrónicas de alta frecuencia.

Esto se debe a que otro tipo de lámparas de descarga no se benefician de las mismas mejoras en la eficiencia cuando son alimentadas a frecuencias más altas.

Las reactancias electrónicas utilizadas para las lámparas fluorescentes operan en frecuencias similares a los utilizados para las lámparas incandescentes halógenas y en niveles de potencia similares.
Las emisiones de interferencia se observan de nuevo a frecuencias superiores a 100MHz.

La atenuación de las lámparas fluorescentes es posible utilizando dispositivos electrónicos.

Dicha atenuación implica la reducción de la potencia suministrada a la lámpara y el aumento de la frecuencia de la alimentación.

El efecto de esto es reducir los niveles de las emisiones a nivel global, pero la alimentación a frecuencias variables tiene el potencial de causar algunos problemas con la recepción de ondas de radio hasta 30 Mhz.

Se investigaron lámparas de halogenuros metálicos de 150 W con un arrancador electrónico y control con reactancia electrónica.

Las emisiones de interferencias fueron similares en el rango de frecuencia para las emisiones de las reactancias para lámparas fluorescentes.

Las agrupaciones de LED son alimentadas por fuentes de pulsos con duraciones de los pulsos desde varios microsegundos hasta varios cientos de microsegundos y frecuencias de hasta unos pocos KHz.
Este tipo de fuente de alimentación producen emisiones similares a los dispositivos electrónicos que se utilizan para las lámparas incandescentes y fluorescentes.

El uso de frecuencias de conmutación más baja da lugar a una emisión más baja de interferencias en frecuencias más altas.

 

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