INGENIERIA ELECTRICA - Calefacción e iluminación eléctricas

LAMPARAS O TUBOS FLUORESCENTES Aproximadamente desde 1940 se ha comenzado a emplear otra fuente de luz alimentada con energía eléctrica, las llamadas lámparas o tubos fluorescentes, cuyo uso ha aumentado grandemente, en especial en las instalaciones comerciales e industriales. Una de las características más sobresalientes de este tipo de lámparas es su rendimiento, que duplica al de las bombillas incandescentes, es decir, para un mismo consumo de energía eléctrica irradian el doble de energía luminosa. Otras características importantes son: su temperatura de funcionamiento muy inferior a las de incandescencia, y su brillo intrínseco muchos cientos de veces menor que la anterior, lo que es muy ventajoso para la vista y disminuye la posibilidad de encandila-miento. La lámpara de incandescencia es aproximadamente una "fuente puntual", o sea que toda la luz es emitida por la pequeña superficie del filamento, por lo cual resulta muy elevada la emisión por unidad de superficie, que es lo que mide el brillo, mientras que en las fluorescentes, la luz es generada y emitida por toda la superficie de la lámpara, por lo cual la emisión por unidad de superficie es muchísimo menor. Mientras que las bombillas de incandescencia corrientes poseían y han conservado la forma de pera, el bulbo de las fluorescentes empleadas en el comercio y la industria tiene la forma de tubo, cuyas dimensiones van desde alrededor de 2 cm de diámetro y 30 cm de largo, hasta 5 cm y 150 cm de largo, lo que depende de la potencia de la lámpara. Por ejemplo, una lámpara normal de 40 watts tiene de 2 a 3 centímetros de diámetro por unos 120 cm de largo. La parte interior del tubo está recubierta con una capa de "fósforo" de características especiales. El tubo no contiene gases, o sea, está al vacío, y tiene una pequeña cantidad de mercurio que se evapora para ofrecer un camino más o menos conductivo para la corriente eléctrica o la corriente electrónica, mientras la lámpara está funcionando. Así, en estas lámparas la corriente circula a través del vapor de mercurio y no de un filamento metálico, como sucede en las de incandescencia. La circulación de los electrones por el vapor de mercurio produce una descarga eléctrica visible o "arco" dentro del tubo: las radiaciones ultravioleta de esta descarga actúan sobre el "fósforo" que recubre interiormente el tubo, produciendo la "fluorescencia" del mismo, o sea, transformándolo en intensamente brillante. La capa de fósforo se transforma, así, en fuente de luz; por eso se llaman lámparas fluorescentes. Las lámparas pueden ser recubiertas con diferentes tipos de sustancias fluorescentes, para obtener los colores deseados. Fijados a los extremos del tubo se colocan, en su interior, dos pequeños filamentos de alambre cubierto con sustancias que, cuando se calientan, emiten gran cantidad de electrones libres; para encender la lámpara se calientan estos filamentos durante unos breves instantes, obteniéndose la cantidad de electrones necesarios para que se inicie el arco eléctrico en el vapor de mercurio que tiene el tubo en su interior, al cual se le agrega una pequeña cantidad de gas argón, para facilitar el arranque. Estas lámparas requieren aparatos auxiliares de arranque y control, puesto que la lámpara en sí, es una lámpara de arco de mercurio que no regula automáticamente su funcionamiento como las lámparas incandescentes. Primero, es necesario proveerla de un dispositivo para el calentamiento previo de los filamentos de los extremos, que generan los electrones libres, necesarios para iniciar el arco; luego se necesita una fuente que produzca un impulso de tensión elevada entre los electrodos para "encender" o iniciar el arco en el vapor de mercurio y, finalmente, como el arco tiene una resistencia relativamente baja y, por lo tanto, la tendencia a absorber una elevada intensidad de corriente que puede dañar el tubo, debe colocarse un dispositivo que limite la intensidad al valor normal, para mantener el arco dentro del vapor de mercurio. Los dos elementos primeros se construyen dentro de unos pequeños tubitos de metal de unos 3 cm de largo por 2 cm de diámetro, que se llaman "arrancadores", y el
limitador de corriente se obtiene con una bobina con núcleo de hierro o reactor. Estos elementos se indican en los esquemas de las figura.
Esquema que representa las conexiones correctas de un tubo fluorescente común.
El ciclo de funcionamiento de una lámpara fluorescente puede describirse brevemente como sigue: 1) cuando se aplica la tensión entre los electrodos se produce una pequeña descarga gaseosa entre los contactos del interruptor (5) del arrancador; la correspondiente corriente produce una calefacción en la cinta bimetálica del mismo, la cual gradualmente va apretando los contactos; 2) cuando los contactos del interruptor (5) están cerrados circula una corriente relativamente importante por los filamentos de los extremos del tubo, calentándolos y haciendo que emitan gran cantidad de electrones; 3) al cerrarse los contactos del interruptor también se pone en corto circuito y se detiene la descarga gaseosa que calentaba la cinta bimetálica, y por lo tanto, ésta se arquea en sentido contrario y tiende a separar los contactos; 4) al abrirse los contactos se interrumpe la corriente de calentamiento previo a través de los filamentos, y el cambio repentino de intensidad de la corriente que circula a través del reactor (3) produce un rápido cambio en el circuito electromagnético del mismo, el cual, como hemos estudiado en parágrafos anteriores, origina un impulso de tensión de autoinducción de valor relativamente elevado entre los electrodos del tubo; 5) ese impulso de tensión elevada "enciende" o inicia el arco a través de la mezcla de gas de mercurio y argón dentro de la lámpara; 6) iniciado el funcionamiento normal, el reactor limita la intensidad de la corriente al valor correcto previamente calculado, y el arco de mercurio permanece encendido generando las radiaciones ultravioleta necesarias para activar el fósforo que recubre el interior del tubo, el que produce una elevada proporción de energía luminosa útil. Las lámparas fluorescentes alimentadas con corriente alterna producen una luz que titila, es decir, que presenta variaciones periódicas de intensidad, aunque en las lámparas modernas alimentadas con corrientes de frecuencias de 50 ó 60 ciclos por segundo, ese efecto es prácticamente imperceptible para el ojo. La tendencia a titilar proviene de la variación de irradiación luminosa que corresponde a las variaciones de la corriente alterna, puesto que ésta varía de cero a un máximo de 100 veces por segundo en las de frecuencia de 50 ciclos por segundo. Dada la persistencia de las imágenes en el ojo humano, esas variaciones son prácticamente imperceptibles. Para anular completamente ese efecto, en las instalaciones con lámparas fluorescentes se instalan por pares, y conectadas como se ve en la figura siguiente.
Esquema que representa las conexiones correctas de dos tubos fluorescentes juntos.
Con esta disposición, la presencia del condensador en el circuito de una de las lámparas modifica la relación de fases de las corrientes que alimentan a cada una de las lámparas. Es decir, la presencia del condensador hace que la corriente alterna en esa rama del circuito se "adelante" o preceda a la corriente de la otra rama, o en otras palabras, que los máximos y mínimos se produzcan en ambas ramas a distinto tiempo; así, el instante en que la corriente pasa por cero en una lámpara y se produce un mínimo de energía luminosa radiada, no coincide con el paso por cero de la otra, y así, sumándose las dos lámparas, se produce un promedio aproximadamente constante que anula la tendencia al parpadeo que posee una lámpara sola. Estos aparatos de control necesarios para las lámparas fluorescentes son algo complicados para describirlos, pero en realidad su construcción es muy simple y tienen un funcionamiento bastante seguro, con lo que se ha conseguido que cada día aumente más el empleo de este tipo de lámparas de elevado rendimiento. Existen muchas otras formas especiales de iluminación, incluso varios tipos diferentes de lámparas, tales como las lámparas de "luz del día", lámparas de sodio, lámparas de neón, lámparas de vapor de mercurio, etc., cuyo estudio escapa al alcance de este libro. La mayoría de las mismas emplean alguna combinación de las características descritas de las lámparas de incandescencia y de las fluorescentes.