Lámparas de descarga de gas: tipos, funcionamiento, cómo elegir las mejores
¿Usted desea adquirir lámparas de descarga de gas para crear una atmósfera especial en la habitación? ¿O busca bombillas para estimular el crecimiento de plantas en un invernadero? El equipamiento con fuentes de luz económicas no solo hará más atractivo el interior y ayudará en el cultivo de plantas, sino que también permitirá ahorrar energía eléctrica. ¿Verdad?
Le ayudaremos a entender la variedad de dispositivos de iluminación de tipo descarga de gas. En el artículo se examinan sus características, especificaciones y ámbito de aplicación de las bombillas de alta y baja presión. Se han seleccionado ilustraciones y videos que le ayudarán a encontrar la opción óptima de lámparas de ahorro energético.
Contenido del artículo:
Estructura y características de las lámparas de descarga de gas
Todos los componentes principales de la lámpara están contenidos en un bulbo de vidrio. Allí se produce la descarga de partículas eléctricas. En el interior puede haber tanto vapores de sodio o mercurio como algún gas inerte.
Como relleno de gas se utilizan opciones como argón, xenón, neón, criptón. Son más populares los productos rellenos de vapor de mercurio.
El condensador garantiza un funcionamiento sin parpadeo. El transistor tiene un coeficiente de temperatura positivo, que asegura un encendido instantáneo de la lámpara de descarga de gas sin parpadeo. El funcionamiento de la estructura interna comienza después de que se produzca la generación del campo eléctrico en el tubo de descarga de gas.
En el proceso, aparecen electrones libres en el gas. Al chocar con los átomos metálicos, los ionizan. En la transición de algunos de ellos, aparece un exceso de energía que genera fuentes de luz: fotones. El electrodo, que es la fuente de luz, está en el centro de la lámpara de descarga de gas. El casquillo une todo el sistema.
La lámpara puede emitir diferentes tonalidades de luz que el ojo humano puede ver, desde ultravioleta hasta infrarroja. Para que esto sea posible, la parte interior del bulbo se recubre con una solución fluorescente.
Áreas de aplicación de las lámparas de descarga de gas
Las lámparas de descarga de gas son demandadas en múltiples áreas. Se encuentran con mayor frecuencia en calles urbanas, talleres de producción, tiendas, oficinas, estaciones de tren, grandes centros comerciales. También se utilizan para iluminar carteles publicitarios y fachadas de edificios.
Las lámparas de descarga se utilizan también en los faros de automóviles. Con mayor frecuencia son lámparas que se distinguen por su alta emisión luminosa — modelos de neón. Algunos faros automotrices se llenan con sales de halogenuros metálicos, xenón.
Los primeros dispositivos de iluminación de descarga de gas para vehículos tenían la designación D1R, D1S. Los siguientes — D2R y D2S, donde S indica un esquema óptico de proyector, y R uno reflectante. Las lámparas de descarga de gas también se utilizan en fotografía.
Durante el proceso de fotografiar, estas lámparas permiten controlar el flujo luminoso. Son compactas, brillantes y económicas. El aspecto negativo es la incapacidad de controlar visualmente las sombras que forma la propia fuente de luz.
En el ámbito agrícola, las GRL se utilizan para irradiar animales, plantas, y para la esterilización y desinfección de productos. Para este fin, las lámparas deben tener longitudes de onda del rango correspondiente.
La concentración de potencia de radiación en este caso también tiene gran importancia. Por esta razón, los productos más adecuados son los de alta potencia.
Tipos de lámparas de descarga de gas
Las GRL se dividen en tipos según el tipo de luz, un parámetro como la presión, en relación con el propósito de uso. Todas ellas generan un flujo luminoso específico. Según esta característica, se clasifican en:
- dispositivos fluorescentes;
- variedades de luz de gas;
- variantes de inducción.
En los primeros, la fuente de luz son átomos, moléculas o sus combinaciones, excitados por una descarga en un medio gaseoso.
En los segundos – son los fósforos; la descarga de gas activa la capa fotoluminiscente que recubre el bulbo, como resultado el dispositivo de iluminación comienza a emitir luz. Las lámparas del tercer tipo funcionan gracias al brillo de los electrodos, calentados por la descarga de gas.
En función del relleno, los dispositivos de descarga de arco se dividen en de mercurio, de sodio, de xenón, lámparas de halogenuros metálicos y otros. Dependiendo de la presión dentro del bulbo se realiza su posterior división.
Desde un valor de presión de 3x104 hasta 106 Pa, se clasifican como lámparas de alta presión. En la categoría de baja presión, los dispositivos entran cuando el parámetro está entre 0,15 y 104 Pa. Más de 106 Pa es de ultra alta presión.
Tipo #1 — lámparas de alta presión
Las lámparas RLVD se diferencian porque el contenido del bulbo está sometido a alta presión. Se caracterizan por tener un flujo luminoso significativo combinado con un bajo consumo de energía. Generalmente son de mercurio, por lo que se utilizan con mayor frecuencia para iluminación vial.
Estas lámparas de descarga tienen una sólida eficacia luminosa y funcionan eficazmente en condiciones de mal tiempo, pero soportan mal las bajas temperaturas.
Hay varias categorías básicas de lámparas de alta presión: DRT y DRL (de mercurio de arco), DRI — igual que las DRL, pero con yoduros y varias modificaciones basadas en ellas. En esta misma serie también se incluyen las de arco de sodio (DNAT) y las DKST — de arco de xenón.
El primer desarrollo es el modelo DRT. En la designación, D significa de arco, R significa de mercurio, y la letra T indica que este modelo es tubular. Visualmente es un tubo recto de vidrio de cuarzo. En sus dos extremos hay electrodos de wolframio. Se utiliza en instalaciones de irradiación. En su interior hay un poco de mercurio y argón.
La conexión de la lámpara a la red se realiza en serie con un balasto utilizando un circuito resonante. El flujo luminoso de la lámpara DRT se compone de un 18% de radiación ultravioleta y un 15% de radiación infrarroja. El mismo porcentaje corresponde a la luz visible. El resto son pérdidas (52%). Su aplicación principal es como una fuente fiable de radiación ultravioleta.
Para iluminar lugares donde la calidad de reproducción cromática no es muy importante, se utilizan dispositivos de iluminación DRL (de mercurio de arco). Aquí prácticamente no hay radiación ultravioleta. La infrarroja es del 14%, la visible del 17%. Las pérdidas de calor son del 69%.
Las características de diseño de las lámparas DRL permiten encenderlas a 220 V sin necesidad de un dispositivo de encendido por impulso de alta tensión. Debido a que el circuito incluye un balasto y un condensador, las fluctuaciones del flujo luminoso se reducen y el factor de potencia aumenta.
Cuando la lámpara está conectada en serie con el balasto, se produce una descarga incandescente entre los electrodos auxiliares y los principales adyacentes. El espacio de descarga se ioniza, como resultado aparece una descarga entre los electrodos principales de wolframio. El funcionamiento de los electrodos de encendido cesa.
Los quemadores DRL generalmente tienen cuatro electrodos: dos de trabajo, dos de ignición. Su interior está lleno de gases inertes con la adición de una cierta cantidad de mercurio a la mezcla.
Las lámparas de halogenuros metálicos DRI también pertenecen a la categoría de dispositivos de alta presión. Su eficiencia cromática y calidad de reproducción cromática son superiores a las de las anteriores. La apariencia del espectro de emisión se ve afectada por la composición de los aditivos. La forma del bulbo, la ausencia de electrodos adicionales y el recubrimiento de fósforo son las principales diferencias entre las lámparas DRI y DRL.
El esquema mediante el cual se conectan las lámparas DRL a la red contiene un IZU (dispositivo de ignición por impulsos). En los tubos de las lámparas hay componentes que pertenecen al grupo halógeno. Estos mejoran la calidad del espectro de radiación visible.
A medida que se calientan, tanto el mercurio como los aditivos se evaporan, cambiando así la resistencia de la lámpara, el flujo luminoso y el espectro emitido. Basados en dispositivos de este tipo se crearon los modelos DRIZ y DRISH. El primero se utiliza en locales polvorientos y húmedos, así como en secos. El segundo ilumina grabaciones televisivas en color.
Las lámparas más eficientes son las de sodio DNAT. Esto se debe a la longitud de onda emitida: 589 – 589,5 nm. Los dispositivos de sodio de alta presión funcionan con un valor de este parámetro de aproximadamente 10 kPa.
Para los tubos de descarga de estas lámparas se utiliza un material especial: cerámica translúcida. El vidrio de silicato no es adecuado para este propósito, ya que los vapores de sodio son muy peligrosos para él. Los vapores de sodio activos introducidos en el bulbo tienen una presión de 4 a 14 kPa. Se caracterizan por tener pequeños potenciales de ionización y excitación.
Para compensar las pérdidas de sodio que ocurren inevitablemente durante la combustión, se necesita un cierto exceso del mismo. Esto genera una dependencia proporcional de los valores de presión de mercurio, sodio y temperatura del punto frío. En este último se produce la condensación del exceso de amalgama.
Cuando la lámpara está encendida, los productos de evaporación se depositan en sus extremos, lo que provoca el oscurecimiento de los extremos del bulbo. El proceso va acompañado de un aumento de la temperatura del cátodo y de un incremento de la presión de sodio y mercurio. Como resultado, aumentan el potencial y la tensión de la lámpara. Al instalar lámparas de sodio, los balastos de las lámparas DRL y DRI no son adecuados.
Tipo #2 — lámparas de baja presión
En la cavidad interna de estos dispositivos hay un gas a una presión más baja que la externa. Se dividen en LL y CFL y se utilizan no solo para iluminar puntos de venta, sino también para el hogar. Las lámparas fluorescentes en esta categoría son las más populares.
La conversión de energía eléctrica en luz ocurre en dos etapas. La corriente entre los electrodos provoca radiación en vapores de mercurio. El principal componente de la energía radiante que aparece en este proceso es la radiación UV de onda corta. La luz visible constituye aproximadamente el 2%. Luego, la radiación del arco en el fósforo se transforma en luz.
El marcado de las lámparas fluorescentes contiene tanto letras como números. El primer símbolo es la característica del espectro de emisión y las características constructivas, el segundo es la potencia en vatios.
Decodificación de las letras:
- LD — fluorescente de luz diurna;
- LB — de luz blanca;
- LJB — también de luz blanca, pero fría;
- LTBS — de blanco cálido.
En algunos dispositivos de iluminación, la composición espectral de la radiación se mejora para obtener una mejor reproducción cromática. En su marcado aparece el símbolo «C». Las lámparas fluorescentes proporcionan a los espacios una luz uniforme y suave.
La superficie de emisión de las lámparas LL es bastante grande, por lo que es difícil controlar la distribución espacial de la luz. En condiciones no estándar, especialmente con mucha suciedad, se utilizan lámparas reflectoras. En este caso, la superficie interna del bulbo no está completamente cubierta por una capa reflectante difusa, sino solo en sus dos tercios.
El fósforo cubre el 100% de la superficie interna. La parte del bulbo que no tiene recubrimiento reflectante transmite un flujo luminoso mucho mayor que un tubo de lámpara normal del mismo volumen: aproximadamente el 75%. Estas lámparas se pueden reconocer por su marcado, que incluye la letra «R».
En algunos casos, la característica principal de las lámparas fluorescentes es la temperatura de color Tc. Se equipara a la temperatura de un cuerpo negro que produce la misma cromaticidad. Por su forma, las lámparas fluorescentes pueden ser lineales, en forma de U, en forma del símbolo W, circulares. En la designación de dichas lámparas se incluye la letra correspondiente.
Los dispositivos más populares son los de 15 – 80 W. Con una eficacia luminosa de 45 – 80 lm/W, la vida útil de las lámparas LL es de al menos 10 000 horas. La calidad de funcionamiento de las lámparas LL se ve muy afectada por el entorno. La temperatura ambiente de trabajo se considera de 18 a 25⁰.
Con desviaciones, disminuyen tanto el flujo luminoso como la eficiencia luminosa, y la tensión de encendido. A baja temperatura, la probabilidad de encendido se aproxima a cero.
A las lámparas de baja presión pertenecen también las lámparas fluorescentes compactas — LFC.
Su estructura es similar a la de las lámparas fluorescentes comunes:
- Un alto voltaje pasa entre los electrodos.
- Se encienden los vapores de mercurio.
- Se produce una luz ultravioleta.
El fósforo dentro del tubo hace que los rayos ultravioleta sean invisibles para la vista humana. Solo la luz visible está disponible. El diseño compacto del dispositivo se hizo posible después de cambiar la composición del fósforo. Las LFC, al igual que las lámparas incandescentes comunes, tienen diferentes potencias, pero los valores de las primeras son considerablemente más bajos.
La medición de la temperatura de color se realiza en kelvin. Un valor de 2700 – 3300 K indica un color cálido de tono amarillo. 4200 – 5400 — blanco común, 6000 – 6500 — blanco frío con tonalidad azul, 25000 — lila. El ajuste de la cromaticidad se realiza cambiando los componentes del fósforo.
El índice de reproducción cromática caracteriza un parámetro como la identidad de la naturalidad del color con un estándar lo más cercano posible al solar. El negro absoluto es 0 Ra, el valor máximo es 100 Ra. Las LFC se encuentran en el rango de 60 a 98 Ra.
Las lámparas de sodio, pertenecientes al grupo de baja presión, tienen una temperatura de punto frío máxima alta — 470 K. Una temperatura más baja no podría contribuir a mantener el nivel requerido de concentración de vapores de sodio.
La radiación de resonancia del sodio alcanza su punto máximo a una temperatura de 540 – 560 K. Este valor es comparable con la presión de vapor de sodio de 0,5 – 1,2 Pa. La eficiencia luminosa de las lámparas de esta categoría es la más alta en comparación con otros dispositivos de iluminación de uso general.
Ventajas y desventajas de las lámparas de descarga de gas
Las LDG se encuentran tanto en equipos profesionales como en dispositivos destinados a la investigación científica.
Como principales ventajas de los dispositivos de iluminación de este tipo, se suelen mencionar las siguientes características:
- Alto nivel de eficiencia luminosa. Este indicador no se reduce mucho incluso con vidrio grueso.
- Practicidad, expresada en durabilidad, lo que permite su uso para iluminación exterior.
- Resistencia en condiciones climáticas adversas. Hasta la primera bajada de temperatura, se utilizan con pantallas comunes, y en invierno, con faroles y faros especiales.
- Costo accesible.
Los inconvenientes de estas lámparas no son muchos. Una característica desagradable es el nivel bastante alto de pulsación del flujo luminoso. La segunda desventaja importante es la dificultad de encendido. Para una combustión estable y un funcionamiento normal, simplemente necesitan un balasto que limite el voltaje a los límites necesarios para los dispositivos.
La tercera desventaja radica en la dependencia de los parámetros de combustión de la temperatura alcanzada, que influye indirectamente en la presión del vapor de trabajo en el bulbo.
Por lo tanto, la mayoría de los dispositivos de descarga de gas alcanzan las características estándar de combustión después de un cierto período de tiempo tras el encendido. Su espectro de emisión es limitado, por lo que la reproducción cromática tanto de las lámparas de alto voltaje como de las de bajo voltaje no es ideal.
El funcionamiento de los dispositivos solo es posible en condiciones de corriente alterna. Se activan mediante un balasto (reactancia). Se necesita un tiempo para calentarse. Debido a la presencia de vapores de mercurio, no son completamente seguros.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Video #1. Información sobre las lámparas de descarga. Qué son, principio de funcionamiento, ventajas y desventajas en el siguiente video:
Video #2. Información popular sobre las lámparas fluorescentes:
A pesar de la aparición de dispositivos de iluminación cada vez más avanzados, las lámparas de descarga no pierden su relevancia. En algunos ámbitos son simplemente insustituibles. Con el tiempo, las lámparas de descarga encontrarán sin duda nuevas aplicaciones.
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Buenos días, Maxim. Antes de planificar la iluminación, preocupe al presidente de la comunidad de casas de campo para que busque la causa de la caída de voltaje. La sintomatología que usted menciona es característica de desequilibrios de fase. Aquí, la puesta a tierra del neutro del transformador y la presencia de puestas a tierra repetidas en los postes tendrán una influencia adicional.
Después de restaurar el funcionamiento normal de la red, pregunte al presidente si puede aumentar la potencia de iluminación en su terreno. Creo que su carga está limitada.