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Tecnología de iluminación


Comparación de tipos de lámparas: ¿Qué tipos de lámparas existen?

En electrónica existe una amplia gama de diferentes lámparas que se utilizan para la señalización óptica. Los distintos tipos de focos difieren en cuanto al consumo de energía, la eficacia luminosa requerida o el ángulo del haz de luz deseado.

Los siguientes tipos de lámparas se instalan en los dispositivos de señalización óptica de Auer Signal:

  • LED
  • Lámpara de flash xenón
  • Lámpara incandescente
  • Lámpara halógena


Las lámparas LED se encuentran entre las más modernas y con el paso del tiempo se han consolidado como tecnología punta. Las lámparas de señalización de Auer Signal utilizan principalmente la última tecnología LED que cuenta con una luminosidad especialmente alta y una larga vida útil.

La lámpara xenón se puede encontrar en determinadas lámpara de flash de Auer Signal. El tubo de flash de xenón genera un efecto de alta señal a través de pulsos de luz intensos.

Los focos convencionales se utilizan hoy en día muy poco para la señalización óptica. Debido a su escasa eficacia luminosa y a su baja resistencia, esta fuente de luz es inadecuada para la mayoría de las aplicaciones en comparación con otras tecnologías de iluminación, como la tecnología LED.

Las lámparas halógenas funcionan de forma similar a los focos convencionales, pero al estar llena de halógeno, tienen una mayor temperatura de combustión y, por tanto, una mayor eficacia. Los equipos de señalización con lámparas halógenas se encuentran en la serie M de indicadores de luz fija, estreboscópica y balizas giratorias de Auer Signal.


¿Qué es una lámpara LED?

Un LED está formado por cristales semiconductores especiales que convierten la tensión eléctrica en luz visible. La abreviatura LED significa Light Emitting Diodes, que traducido significa diodo emisor de luz. Los LED son mucho más respetuosos con el medio ambiente que otras fuentes de luz. Al igual que las lámparas fluorescentes compactas, están clasificadas como fuentes de luz de bajo consumo (ESL).





LED Leuchtmittel

¿CÓMO SE CREÓ LA LUMINARIA LED?

El primer LED comercial fue introducido en el mercado en 1962 por Nick Holonyak. En aquella época, el diodo emisor de luz sólo podía emitir luz roja y era muy caro en comparación con otras fuentes de luz. Gracias a los continuos avances, la fuente de luz LED se ha consolidado como una fuente de luz rentable, eficiente y duradera para muchos ámbitos diferentes. Los cristales semiconductores utilizados en el diodo emisor de luz consiguen una eficacia luminosa cada vez mayor y también se ha ampliado el espectro cromático de los LED.

Un hito fue el desarrollo del LED blanco por la empresa japonesa Nichia en 1996. Con la ayuda de convertidores de color, la luz de un chip LED azul puede convertirse en blanca. El jefe de investigación de Nichia en ese momento, el Sr. Shuji Nakamura, recibió el Premio Nobel de Física en 2014 junto con otros investigadores por una "invención para el mayor beneficio de la humanidad".

Los LED de Auer Signal están disponibles en varios colores. Los colores estándar incluyen: rojo, amarillo, verde, azul, transparente y naranja. Los indicadores multicolor de la serie R producen además los colores turquesa y magenta.


LA ESTRUCTURA DE UNA LÁMPARA LED

Una lámpara LED suele estar formado por 6 elementos:

  • Chip LED
  • Ánodo (+)
  • Cátodo (-)
  • Pozo reflector
  • Sellado
  • Cable de oro

El chip LED está montado en el pozo reflector. Este pozo reflector se encuentra en el cátodo. Para permitir que la corriente fluya entre el cátodo y el ánodo, un cable de oro (o cable de enlace) conecta el ánodo con el chip LED en el cátodo. Esta estructura está protegida con un lente de plástico o resina epoxi.


¿CÓMO FUNCIONA UN LED?

El chip de un LED es un elemento semiconductor. Un semiconductor está formado por dos cristales de silicio y ambos están mezclados (dopados) con otros átomos extraños. Si se juntan estos cristales con dopaje diferente, se produce una "unión pn" en su capa límite, por lo que una de las partes del cristal tiene después un exceso de electrones (cristal n), mientras que la otra parte tiene una escasez de electrones (cristal p). Los átomos a los que les falta un electrón por este motivo se denominan electrón defectuoso o "agujero". La capa n está conectada al cátodo, la capa p al ánodo.

Para crear un flujo de corriente entre el cátodo (-) y el ánodo (+), deben recibir energía. Esto crea un flujo de corriente a través del hilo de oro desde la capa n a la capa p. Los electrones de esa capa con exceso de electrones fluyen hacia la capa con escasez de electrones, donde se recombinan con "agujeros".

Durante esta finalización del átomo, se libera energía en forma de una onda electromagnética (fotón). La energía y, por tanto, la longitud de onda de esta onda electromagnética viene determinada por el tipo de dopaje. Con el ajuste correcto, la longitud de onda se encuentra en el rango visible del ojo humano, por lo que también es posible ajustar diferentes colores, ya que la percepción del color del ojo humano se produce a través de la longitud de onda de la luz (=radiación electromagnética).

La luz llega a la mitad superior del diodo emisor de luz a través del canal del reflector. El encapsulado protege el semiconductor, asegura un buen ángulo de radiación y mejora la eficiencia de la salida de luz. Las formas especiales del encapsulado o de los lentes de plástico acopladas pueden influir en el ángulo del haz. Gracias a su diseño compacto, la lámpara LED es resistente a los golpes y las vibraciones.


VIDA ÚTIL DE LAS LÁMPARAS LED

La vida útil de los LED es muy larga y generalmente se especifica en más de 100.000 horas. Esto corresponde a un periodo de iluminación ininterrumpido de doce años. Después, el diodo emisor de luz no es "oscuro", sino que cae por debajo del flujo luminoso normal en un 30% aproximadamente. La producción de luz simplemente disminuye. La vida útil depende de las condiciones de funcionamiento, especialmente de la temperatura ambiente. Los LED de mayor potencia suelen tener también una vida algo más corta (al menos 30.000h o 50.000h).

Además de la vida útil, la ausencia de mantenimiento, la resistencia a las vibraciones y a los golpes, así como el bajo consumo de energía, hablan a favor del uso de lámparas LED.


¿CUÁL ES EL ÁNGULO DEL HAZ DE LUZ DE LAS LÁMPARAS LED?

El ángulo del haz de luz indica el tamaño del cono de luz generado por una lámpara. El ángulo del haz se especifica en grados.

Los LED son fuentes de luz puntuales y los llamados radiadores lambert. Esto significa que no emiten luz de manera uniforme como bombillas, por ejemplo. Existen varias técnicas para uniformizar la luz de los LED, por ejemplo para crear una luminaria con una intensidad luminosa uniforme en todo su perímetro o para difuminar el carácter puntual de los LED. Por ejemplo, los LEDs pueden disponerse simplemente en un círculo.

Los lentes colocadas en los LED pueden influir positivamente en el ángulo del haz. Las nervaduras de las calotas de las luminarias desvían deliberadamente la luz en diferentes direcciones para crear una uniformidad. Al mismo tiempo, el punto de luz de un LED se divide en cualquier número de puntos más pequeños. Una capa difusa, por ejemplo como una lámina, puede refractar la luz o se utiliza un material de calota difusa para conseguir los mejores resultados para una superficie de calota uniformemente iluminada.

Especialmente en el caso de los indicadores de señalización, un efecto direccional es bastante deseable. Los indicadores suelen tener una visibilidad preferente. Por ejemplo, los semáforos están fuertemente enfocados hacia la parte delantera, los indicadores de las puertas o las columnas de señalización deben verse bien desde el lateral, mientras que los indicadores de las grúas o de los montajes aéreos deben tener una fuerte visibilidad axial.


¿CUÁL ES LA EFICACIA LUMINOSA DE LAS LÁMPARAS LED?

La eficacia luminosa proporciona información sobre la eficiencia de una fuente de luz. Cuando la luz es producida por lámparas como los LED, los focos o las lámparas de descarga de xenón, se convierte la energía eléctrica. Dependiendo del iluminador, una parte de la energía eléctrica se convierte en calor. Cuanto más energía eléctrica pueda convertirse en luz, mayor será la eficacia luminosa. Una alta eficacia luminosa es sinónimo de alta eficiencia. La eficacia luminosa se expresa en lúmenes por vatio (lm/W).

Los LED de Auer Signal emiten hasta 200 lúmenes por vatio, los LED estándar hasta 50 lúmenes por vatio. En comparación, la eficacia luminosa de las bombillas es de 10 lm/W, la de las lámparas halógenas de 25 lm/W y la de los tubos de xenón de 100 lm/W. Por ello, las fuentes de luz LED se encuentran entre las más eficientes y ecológicas del mercado.

VENTAJAS DE LUZ LED

  • alta eficacia luminosa: según el LED, hasta 200 lm/W
  • bajo consumo de energía
  • larga vida útil: hasta 100.000 horas
  • completamente insensible a las vibraciones, los golpes y las sacudidas
  • no necesita mantenimiento
  • dimensiones reducidas
  • iluminación instantánea
  • no se reduce la vida útil debido a la conexión/desconexión
  • baja generación de calor
  • no hay "parpadeo" como con los tubos fluorescentes

DESVENTAJAS DE LUZ LED

  • mayores costes de compra
  • ángulo sólido pequeño con el mismo flujo luminoso (también deseable para algunas aplicaciones)


¿Qué es un tubo de flash de xenón?

Un tubo de flash de xenón es una lámpara de descarga de gas en la que un tubo de vidrio se llena con el gas noble xenón y produce una intensa luz flash bajo alto voltaje. Una lámpara de descarga de xenón se utiliza cuando se requieren señales luminosas más brillantes. Ningún otro tipo de lámpara puede producir una intensidad luminosa tan alta en poco tiempo.

Tomando en cuenta la percepción especialmente buena, se pueden comparar las fuentes de luz Xenón y LED. La menor potencia luminosa de los LED puede compensarse con una secuencia más rápida de impulsos luminosos.






Xenonblitzröhre


LA ESTRUCTURA DE UN TUBO DE FLASH DE XENÓN

El tubo de flash de xenón consiste en una bombilla de cristal de cuarzo, que se llena con el gas inerte xenón. Además del gas, la bombilla de vidrio está enriquecida con una pequeña cantidad de mercurio y haluros metálicos. Los halogenuros metálicos son necesarios para el color de la luz.

Dos electrodos de tungsteno se funden en el interior del tubo de flash. El cátodo se suelda en una fina espiga de tungsteno y el ánodo tiene forma cilíndrica. Para iniciar la ignición, hay un electrodo de encendido, que en algunos tubos se deposita en forma de vapor o se enrolla alrededor del tubo como un simple cable.


¿Cómo funciona una luz de xenón?

Entre el ánodo y el cátodo se aplica una tensión continua de varios centenares de voltios, que ya proporciona un condensador conectado en paralelo. Si se conmuta un impulso de encendido de varios kV en el electrodo de encendido, el gas del interior del tubo se ioniza y se hace posible un flujo de corriente entre el ánodo y el cátodo. La energía eléctrica del condensador conectado en paralelo puede descargarse bruscamente a través de la lámpara de xenón. Esto produce corrientes de varios cientos de amperios. La luminancia es correspondientemente alta, pero también muy corta. La descarga se produce en pocos milisegundos.

Las luces de xenón funcionan en Auer Signal con una frecuencia de destello de 1Hz a 1,4Hz, por lo que el condensador se carga durante las pausas. En consecuencia, el primer impulso tras el encendido de la luz se retrasa porque el condensador se carga por primera vez.


VENTAJAS DE LA LUZ DE XENÓN

  • alto efecto de señal debido al intensivo impulso de luz
  • características de radiación idénticas en todas las direcciones


DESVENTAJAS DE LA LUZ XENÓN

  • el interior del tubo de flash se empaña en negro con el paso del tiempo - disminuyendo la salida de luz
  • vida útil limitada debido a la alta densidad de corriente y, por tanto, a la tensión de los electrodos o a la degeneración de los almacenes de energía
  • reducción de la vida útil cuando se expone a vibraciones y golpes
  • primer impulso retardado tras el encendido

    ¿Qué es una lámpara incandescente?

    Una lámpara incandescente es una lámpara en la que se hace brillar un fino hilo metálico, que suele ser de tungsteno. Debido a su forma, la lámpara incandescente también se llama bombilla.
    Durante mucho tiempo, las lámparas incandescentes se consideraron la fuente de luz estándar para muchas aplicaciones. Mucha gente todavía conoce la bombilla como medio de iluminación para el salón. Debido a su elevado consumo de energía, la Unión Europea y algunos otros países prohíben actualmente todas las bombillas que no tengan al menos una clasificación de eficiencia energética B. Quedan excluidas de esta normativa aquellas lámparas especiales cuya finalidad principal de luz no es la iluminación. Esto incluye las luminarias para la señalización (Reglamento UE 2015/1428).







    Glühlampe


    EL ORIGEN DE LA LÁMPARA INCANDESCENTE

    Las primeras lámparas incandescentes se desarrollaron a mediados del siglo XIX. Sobre todo la invención de la base de tornillo por parte de Thomas Alva Edison fue crucial para ello. Esta rosca, también conocida como rosca Edison, se asemeja todavía hoy a la rosca de chapa de una bombilla convencional. Otro hito en el desarrollo de la lámpara incandescente fue el uso de alambre de tungsteno en lugar de los filamentos de carbono de madera y fibras vegetales que se utilizaban anteriormente. El alambre de tungsteno era mucho más resistente al calor que los demás filamentos.

    La evolución de la bombilla incandescente en la década de 1960 condujo al desarrollo de las bombillas halógenas. Al añadir halógeno en el interior de la bombilla, ésta ya no se decolora y la pared de la bombilla permanece clara. La eficacia luminosa de las lámparas halógenas es, por tanto, mayor que la de las lámparas incandescentes.


    LA ESTRUCTURA DE UNA BOMBILLA

    Una bombilla incandescente consta de tres partes principales:

    • la base
    • la bombilla de vidrio
    • el filamento incandescente

    La base de una lámpara incandescente está formada por un hilo de chapa. Se utiliza para poner en contacto la bombilla con la tensión eléctrica.

    La bombilla de cristal no sólo protege el filamento dentro de la bombilla, sino que también está llena de gas inerte (normalmente una mezcla de argón y nitrógeno). La mezcla de gases es necesaria para evitar la evaporación prematura del filamento.

    El filamento, o el hilo luminoso, es de tungsteno. El tungsteno es un material muy resistente al calor. Alcanza su punto de fusión a 3.422 °C y se evapora muy lentamente a altas temperaturas.


    ¿CÓMO FUNCIONA UNA LÁMPARA INCANDESCENTE?

    La corriente eléctrica fluye a través de la lámpara incandescente debido al suministro de corriente eléctrica. El flujo de corriente calienta el alambre de tungsteno a temperaturas muy altas, superiores a los 2000 °C. Esto hace que se irradie energía en una amplia gama de longitudes de onda. La mayor parte de la energía eléctrica se convierte en calor y el resto en luz. Una de las principales desventajas de las lámparas incandescentes es que sólo una fracción muy pequeña (alrededor del 2,2%) de la energía se convierte en luz.

    Una vez que el filamento de tungsteno se ha evaporado, la vida de la bombilla ha terminado. Por término medio, una bombilla incandescente tiene una duración de 1.000 horas.

    La eficacia luminosa de una lámpara incandescente a una temperatura de filamento de 2800 K (Kelvin) es de aproximadamente 10 lm/W. A mayor temperatura del hilo de tungsteno, la eficacia luminosa aumenta, pero esto tiene un efecto negativo en la vida útil de la bombilla.

    VENTAJAS DE LAS LÁMPARAS INCANDESCENTES

    • la lámpara más sencilla y barata
    • disponibilidad en varias formas, voltajes, potencias

    DESVENTAJAS DE LAS LÁMPARAS INCANDESCENTES

    • baja eficacia luminosa: 8-18 lm/W
    • vida útil limitada: aprox. 1.000 h para las lámparas estándar
    • una vida útil significativamente reducida en cuanto a las vibraciones, los golpes, el funcionamiento intermitente, etc.
    • ennegrecimiento de la bombilla de vidrio con el aumento de la vida útil
    • luz "amarillenta"
    • pérdida relativamente alta de energía lumínica al penetrar las cúpulas de color
    • alta intensidad de mantenimiento debido a la sustitución periódica de las lámparas


        ¿Qué es una lámpara halógena?

        Una lámpara halógena utiliza básicamente la misma tecnología que la lámpara incandescente, por lo que las lámparas halógenas también se conocen como lámparas halógenas de tungsteno. Sin embargo, se añaden halógenos al gas de llenado. Estos halógenos permiten una mayor temperatura de combustión del hilo de tungsteno, lo que mejora la eficacia. Además, la bombilla de cristal puede hacerse más compacta.
        Hay que distinguir las lámparas halógenas de las de haluro metálico. La luz de una lámpara de halogenuros metálicos se genera mediante una descarga de gas y, por tanto, no utiliza el mismo principio de funcionamiento que una lámpara halógena.



        Halogenlampe


        ESTRUCTURA DE UNA LÁMPARA HALÓGENA

        Una lámpara halógena, al igual que una lámpara incandescente, consta de los mismos tres componentes: Una base, una bombilla de vidrio y el filamento.
        La base de las lámparas halógenas, a diferencia de las lámparas incandescentes, suele ser de clavija en lugar de una base roscada. El pequeño bulbo de cuarzo se llena con el gas bromo. Debido a su pequeño tamaño, se calienta rápidamente y favorece así la circulación del gas con el bromuro de tungsteno. Dentro de la bombilla de cuarzo hay un filamento de tungsteno, que se combina con el bromo para formar bromuro de tungsteno.
        Dependiendo de la tensión eléctrica, se necesita un transformador o un dispositivo en serie (EB).


        ¿CÓMO FUNCIONAN LAS LÁMPARAS HALÓGENAS?

        En cuanto a su funcionamiento, las lámparas halógenas y las incandescentes apenas se diferencian entre sí. Sin embargo, hay una diferencia importante que distingue a las dos fuentes de luz entre sí: las lámparas halógenas están enriquecidas con bromo dentro de la bombilla de cuarzo. El gas de relleno bromo pertenece al grupo químico de los halógenos. De ahí viene el nombre de lámpara halógena.

        La ventaja del bromo es que este gas contrarresta la corta vida de un hilo de tungsteno. Al igual que en las lámparas incandescentes, el hilo de tungsteno se energiza, convirtiendo la energía eléctrica en calor y luz.


        LÁMPARA HALÓGENA Y LÁMPARA INCANDESCENTE EN COMPARACIÓN

        En las lámparas incandescentes, una pequeña cantidad de tungsteno siempre se vaporiza en el hilo de tungsteno incandescente. Con el tiempo, esto conduce a un adelgazamiento del alambre de tungsteno. Este efecto es la razón de la vida útil relativamente corta de las lámparas incandescentes. El tungsteno evaporado se deposita en la bombilla de cristal de las lámparas incandescentes normales, lo que explica su ennegrecimiento. Cuanto más alta sea la temperatura del hilo de tungsteno, más tungsteno se evapora. Por ello, la temperatura de combustión del hilo de tungsteno es limitada en las lámparas de incandescencia normales, lo que mantiene la eficiencia baja.

        En cambio, en las lámparas halógenas, el bromo se combina con el tungsteno que se evapora para formar bromuro de tungsteno, que no se deposita en la bombilla de vidrio. La alta temperatura de combustión del hilo de tungsteno descompone de nuevo el bromuro de tungsteno, y el tungsteno liberado se precipita sobre el hilo. Esto significa que el alambre de tungsteno no se diluye. Por esta razón, las lámparas halógenas pueden funcionar a una temperatura de combustión más alta. Esto mejora su eficiencia en comparación con las lámparas incandescentes normales sin afectar negativamente a su vida útil. Las lámparas halógenas suelen tener al menos el doble de vida útil en las mismas condiciones de funcionamiento que las lámparas incandescentes convencionales.

        VENTAJAS DE LAS LÁMPARAS HALÓGENAS

        • mayor eficacia luminosa que la lámpara incandescente: hasta 25 lm/W
        • mayor duración (aproximadamente el doble que las lámparas incandescentes)
        • bajo ennegrecimiento de la bombilla de vidrio - flujo luminoso uniforme durante toda la vida útil de la lámpara

        DESVENTAJAS DE LAS LÁMPARAS HALÓGENAS

        • vida útil limitada: aprox. 1500-3000 h
        • reducción de la vida útil en caso de vibraciones, golpes, etc.
        • reducción de la vida útil en funcionamiento intermitente (pico de corriente durante el funcionamiento de conmutación)
        • una pérdida relativamente alta de energía luminosa al penetrar en las calotas de color

          Tabla de comparación de iluminantes

          LEDXenónBombillaHalógena
          Eficienciahasta 200 lm/W40 lm/W8-18 lm/Whasta 25 lm/W
          Duraciónhasta 100.000 h3.000 h / 5-10 millones de destelloshasta aprox. 1.000 hhasta aprox. 1.500 h
          Pérdida de luminosidadnonosisi
          Encendido/apagado Pérdida de vida útilnonosisi
          Sensible a las vibraciones y a los golpesnosisisi
          Intensidad de mantenimientoningunosisisi
          Efecto de la señalaltoaltobajobajo
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