Iluminación Fluorescente

La mayoría de las iluminaciones del hogar se realizan bien por luces incandescentes o fluorescentes, aunque hay un gran número de opciones. El alumbrado fluorescente tiene una considerable ventaja en la eficiencia de la energía sobre las luces incandescentes. Las luces fluorescentes pueden producir de 50-100 lúmenes/vatio comparado con unos 15 lúmenes/vatio de las bombillas incandescentes.

La geometría familiar de las luces fluorescentes es la de un tubo de cristal largo y estrecho con dos conexiones eléctricas en cada cápsula de metal que sellan los extremos del tubo. El tubo se rellena con gases nobles tales como argón, neón o kriptón para suprimir las reacciones químicas que resultan de las descargas eléctricas en el tubo. De acuerdo con Bloomfield, estos gases están a una presión de 0,3% de la presión atmosférica. Se coloca en el tubo unas pocas gotas de mecurio y la presión de vapor es suficiente para que uno de cada mil átomos de mercurio esté en fase gaseosa. Las propiedades de estos átomos de mercurio los hacen muy eficientes emisores de luz por fluorescencia, cuando son golpeados por los energéticos electrones en el interior del tubo.

Si por medio de colisiones con electrones de alta energía se eliminan electrones de los átomos de mercurio, estos átomos pueden producir luz por emisión (ver espectro del mercurio), cuando posteriormente los electrones realicen la transición hacia niveles de energía mas bajos para cubrir los huecos producidos. Una de las claves para producir la luz del fluorescente es la producción de electrones de alta energía que a su vez puedan "excitar" los átomos de mercurio que producirán la luz. Esto se consigue en la mayoría de los tubos fluorescentes, calentando un filamento en los extremos del tubo que libera algunos electrones. Otros tipos usan altos voltajes para expulsar los electrones de los electrodos de los extremos. Una vez liberados, los electrones se aceleran en el tubo aplicandole un voltaje AC. En las colisiones, algunos de los electrones liberados y acelerados transfieren energía a los átomos de mercurio de modo que uno o mas de sus electrones se elevan a un estado excitado. Una vez comenzada la descarga eléctrica en el tubo, la corriente debe controlarse para proporcionar una fuente estable de luz. Esto se realiza mediante un dispositivo de bobina llamada reactancia de luz fluorescente (o balastro, ballast, etc.).

El proceso de producción de luz de los átomos de mercurio es bastante eficiente, pero una gran parte del mismo se encuentra en el rango de ultravioleta mas que en el rango de luz visible. La transición final de los átomos de mercurio al estado de tierra produce luz de 254 nm, considerablemente por debajo del límite azul de la visión humana alrededor de los 400 nm. La luz ultravioleta no llega a transpasar el cerco de cristal del tubo, pero debido a su alta energía cuántica se puede aprovechar para producir luz visible. Para producir luz en el rango visible, el interior del tubo está recubierto con una película de polvo fosforescente. Cuando la luz ultravioleta choca contra el polvo, produce excitaciones en los electrones del fósforo, los cuales a su vez producen luz visible por medio de un proceso llamado fluorescencia. Los fotones ultravioletas asociados con la luz uv de 254 nm., tienen energía cuántica de 4,9 electrón voltios, mientras que el rango de energía de los fotones de luz que podemos ver es 1,6 a 3,1 eV. Puesto que hay muchos niveles intermedios para la caida de los electrones despues de ser excitados por los fotones uv., ellos pueden producir fotones visibles de luz en el rango visible, produciendo una luz casi blanca.

La producción de luz blanca es una tarea difícil. En el caso de las luces fluorescentes, se utiliza un conjunto cuidadosamente seleccionado y combinado de fósforos para que las longitudes de onda en la que emiten fluorescencia se distribuyan uniformemente en el rango visible. La iluminación fluorescente actual utiliza seis mezclas estándares de fósforo: blanco frío, blanco frío de luxe, blanco cálido, blanco cálido de luxe, blanco y luz de día. El fósforo luz de día que fue utilizado en las primeras lámparas fluorescentes filtra la luz hacia el extremo azul y es criticado por ser "frío". El fósforo "frio" se asemejan a la luz del día y están más cerca del color neutro, mientras que el fósforo "caliente" apunta hacia el extremo rojo y se asemeja mas a la iluminación incandescente.

Reactancia de Luz Fluorescente

Las luces fluorescentes son fuentes de luz mucho mas eficientes que las bobillas incandescentes, pero son mas difíciles de controlar. La descarga eléctrica que excita el vapor de mercurio debe empezar de manera fiable y rapidamente y luego se debe controlar la corriente para evitar que siga subiendo continuamente hasta quemar el tubo. Esta función de arranque y control, lo maneja un dispositivo llamado reactancia.

El funcionamiento de una bombilla incandescente es bastante simple y auto-regulada. Se aplica el voltaje de la línea eléctrica a la lámpara y la corriente calienta el filamento hasta que luce. El calentamiento del filamento aumenta su resistencia eléctrica, y esa resistencia limita la corriente a un valor controlado.

Ud. no puede aplicar directamente el voltaje de la línea (120 V.) al tubo fluorescente; Ud. debe suministrar lo necesario para iniciar la descarga eléctrica y luego controlar la corriente que resulta de la descarga del arco en el tubo. Se han desarrollado muchas estrategias y enfoques diferentes - para una información detallada acceda a alguna fuente de la industria, como la que mantiene en la web Summit Electrical.

La primera tarea de la reactancia es iniciar la lámpara. Las partes principales de la estrategia de inicio son (1) precalentamiento, (2) inicio instantáneo suave y (3) inicio rápido. Si necesita información técnica actual, entonces debe considerar dos tipos mas recientes, (4) inicio rápido modificado y (5) inicio instantáneo de lámparas de inicio rápido.

La estrategia de "precalentamiento" fué el método original utilizado para las lámparas fluorescentes. Los filamentos de la lámpara se calientan durante unos pocos segundos antes de aplicar a la lámpara todo el voltaje de operación. Esto se realiza, teniendo un interruptor en paralelo con el tubo de gas que puentea el camino de la descarga de gas y lleva la corriente a través de los calentadores de filamentos. Despues de unos pocos segundos los filamentos alcanzan la temperatura necesaria para que emitan electrones y se abre el interruptor, aplicando el voltaje de operación al tubo para que inicie la descarga del arco en el gas. Luego, la reactancia debe emplear la circuiteria de regulación de corriente que se estudia abajo.

El sistema de "inicio instantáneo suave" produce luz instantáneamente empleando un transformador en la reactancia, para producir un voltaje tres veces el voltaje de operación normal para "encender el arco" en la lámpara. Para esta clase de sistema no es necesario el "precalentamiento".

Actualmente el sistema de "inicio rápido", se tiene como el mas popular en EEUU. Estas reactancias proporcionan un calentamiento continuo de los filamentos para el suministro de electrones. Estos dispositivos deben estar conectados a tierra de forma apropiada y las lámparas deben estar de 1-2 cm de la carcasa de la reactancia para un correcto arranque. Debido a que sus filamentos son calentados continuamente, estas unidades no requieren de alto voltaje de inicio como en los tipos de "inicio instantáneo suave". El tubo luce de forma instantánea a bajo brillo y en unos dos segundos se iluminan completamente.

Una vez iluminado el tubo, la reactancia debe controlar la corriente. Una descarga de arco es algo inherentemente variable y podría estar sujetas a incrementos incontrolados de la corriente. El cuerpo principal de la reactancia consiste en una gran bobina enrrollada sobre sobre un núcleo de acero laminado para producir una gran inductancia, o bobina de "choke" como se denomina en la industria. La bobina tambien actúa como un transformador. La naturaleza de un inductor es limitar la tasa de cambio de la corriente, de modo que la gran inductancia de una reactancia actua para suprimir los picos de corriente. El núcleo laminado de la bobina a menudo se "mezcla" con un material como el asfalto para ayudar a la disipación del calor y el conjunto se aloja en una carcasa de acero.

Tambien hay reactancias electrónicas e híbridas que realizan las tareas de regulación. La descripción de esos sistemas se pueden añadir aquí. Son bienvenidos los comentarios y sugerencias. Si Ud. tiene un esquema detallado de la operación de una reactancia, yo estoy interesado, pues no he encontrado ninguno.