Lámparas de Alta Intensidad: Tipos, Características y Funcionamiento, Resúmenes de Electrotecnia

¡Descarga Lámparas de Alta Intensidad: Tipos, Características y Funcionamiento y más Resúmenes en PDF de Electrotecnia solo en Docsity! INIA DA ES En las lámparas de descarga , la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ¡onizado irirmdar —i m Pobo de delas ] Bea La consecuencia de esto es que la luz emitida por la lámpara no es blanca (por ejemplo en las lámparas de sodio a baja presión es amarillenta). Por lo tanto , la capacidad de reproducir los colores de estas fuentes de luz es , en general, peor que en el caso de las lámparas inconducentes que tienen un espectro continuo. Es posible, recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes, mejorar la reproducción de los colores y aumentar la eficacia de las lámparas convirtiendo las nocivas emisiones ultravioletas en luz visible FAR AO) AA RR * Tipos de Lámparas de descarga » El descubrimiento de lalámpara de descarga precede significativamente al de la lámpara incandescente. Los laboratorios de física del pasado así como los del presente utilizan una gran variedad de tubos de descarga para la producción de luz, como también para el estudio de las propiedades del los materiales, Espectroscopia, dinámica de los gases y LASER. * Las lámparas de descarga en gas son utilizadas en prácticamente todas las áreas de iluminación moderna, que van desde la iluminación de casas y oficinas ( lámparas fluorescentes, y fluorescentes compactas) Iluminación decorativa y alumbrado público, hasta lámparas germicidas, lámparas para bronceado, ” Flash” electrónicos e inclusive últimamente en los faros delanteros de ciertos automóviles lujosos. Las lámparas fluorescentes son una clase especial de lámparas de descarga donde la corriente eléctrica a través del gas produce una luz ultravioleta invisible a simple vista, que es transformada en luz visible a través de una capa a base de fósforo. Las lámparas de neón son también un tipo especial de lámpara de descarga, que dado la versatilidad, flexibilidad de los tubos plásticos que contienen el gas a baja presión y lo llamativo de los colores de la luz producida, son principalmente utilizadas en avisos luminosos. En las siguientes diapositivas sólo hablaremos de las lámparas de descarga de alta intensidad (HID) de vapor metálico las cuales pueden ser principalmente de tres tipos: Lámparas de vapor de Mercurio Lámparas de Vapor de Sodio Lámparas de halogenuros metálicos. (Metal Halide) E E t A + Lámparas de vapor de mercurio a alta presión: + Las lámparas de vapor de mercurio contienen un tubo de descarga interno hecho de cuarzo encapsulado dentro de una ampolla de vidrio exterior. Una pequeña cantidad de mercurio líquido dentro del tubo de descarga es sellado con argón (gas noble). Luego del periodo de encendido, el gas de emite tanto luz visible como invisible (UV). Las lámparas de mercurio sin corrección de color emiten una luz una blanco- azulada, generalmente se recubre internamente la ampolla de vidrio con un material similar al que se utiliza en las lámparas fluorescentes para dar una luz parecida a la luz natural.. Las lámparas de vapor de mercurio son las que tiene una expectativa de vida mayor a las demás lámparas de vapor metálico, cercana a las 24000 horas de uso continuo. Esta tecnología fue introducida en 1934 y fueron las primeras lámparas HID de uso comercial. Casquillo Resistencia óhmica Electrode principal . Efectredo auxiliar Ámpolta Tubo de —— exterior cuarzo Ampalía con capa enterior de sustancia ] FIGURA 1 Vucrescente + Lámparas de Halogenuros metálicos.( Metal Halide) Las lámparas de halogenuros metálicos son básicamente lámparas de vapor de mercurio, sólo que dentro del tubo de descarga además del mercurio y el argón se le añaden algunas sales metálicas, las más comúnmente utilizadas son las de Yoduro de sodio y Yoduro de Litio. El uso de estos compuestos mejora sensiblemente la calidad de la luz producida así como también la eficiencia. Generalmente no se le añade la capa de fósforo para dar la apariencia de luz de día ya que la emisión de radiación UV no es muyy significativa. Debido a los halogenuros, la tensión de encendido de estas lámparas es elevada haciéndose necesario el uso de un cebador o ignitor con tensiones de choque de 1.5 a 5kV. De esta forma se garantiza un encendido seguro desde -25 a. 100C * Lámparas de descarga de alta intensidad - halogenuros metálicosSon lámparas que contienen en el tubo de descarga vapor de mercurio a alta presión conciertos aditivos metálicos (halogenuros de tierras raras) con los que se obtienen rendimientosluminosos más elevados y mejores propiedades de reproducción cromática. * Lámparas de Vapor de sodio. + En las lámparas de vapor de sodio el tubo de descarga está construido de un material traslúcido denominado alúmina policristalina, una cerámica capaz de soportar las altas temperaturas producidas en el seno del gas ( Aproximadamente 1300C) además de que no es atacada por el sodio caliente , al contrario del cuarzo y el vidrio, los cuales no son capaces de mantener su rigidez a tan altas temperaturas. Una pequeña cantidad de sodio en combinación con gas Xenón está sellado dentro del tubo cerámico, pero debido a que el sodio caliente es capaz de percolar a través de los mismos la lámpara de vapor de sodio posee un cantidad extra de metal para garantizar una vida útil adecuada. La luz producida por las lámparas de sodio a alta presión es de un color blanco-amarillento. * Debido la alta presión del gas y tal como en las lamparas de halogenuros, la tensión de encendido es elevada, haciéndose necesario el uso de un cebador o ignitor con tensiones de choque de 2.8 a 5kV. De esta forma se garantiza un encendido seguro desde -25 a 100C. Las lámparas de vapor de sodio poseen una característica que las diferencia de las de Mercurio y MH, cual es que la tensión de operación aumenta con la vida útil. Con la acumulación de horas de funcionamiento, la tensión de arco en el tubo va incrementándose sobre su valor inicial hasta que llega un momento en el que la misma es poco menor que la tensión de red (70%) lo que hace que la lámpara entre en su fase de agotamiento. Dado lo anterior se define una zona de operación para las lámparas de sodio, lo que se conoce como Trapezoide ANSI que se representa en la figura. Para que el Balasto (El dispositivo encargado de regular la corriente a través de las lámpara) cumpla con los requisitos de las lámparas de vapor de sodio a alta presión, es necesario que su curva característica pase lo más cerca posible del punto óptimo de funcionamiento ( potencia nominal - tensión de arco nominal) y que además, corte las líneas de tensión máxima y mínima, entre las que debe permanecer la curva característica durante toda la vida Sur 4 , "ny * Son lámparas de vapor de sodio cuyo tubo de descarga (de óxido de aluminio translúcido) seencuentra a alta presión (unos 10kPa) y trabaja a temperaturas muy elevadas (unos 1000%€C).Contienen junto al sodio, xenón como gas inerte de relleno y una pequeña cantidad demercurio para mejorar su IRC. AI EOS + En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ¡onizado Electrodo ———ú; mm Corriente: mu —-— Electrodo Tubo de descarga Balasto XI » En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de los átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas. * La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede a su vez, chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita, se puede provocar la destrucción de la lámpara por un exceso de corriente. * La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser arrancado. En este caso, el electrón pasa a ocupar otro orbital de mayor energía. Este nuevo estado acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la situación inicial. Al hacerlo, el electrón libera la energía extra en forma de radiación electromagnética, principalmente ultravioleta (UV) o visible. Un electrón no puede tener un estado energético cualquiera, sino que sólo puede ocupar unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atómica del átomo. Como la longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a ladiferencia de energía entre los estados inicial y final del electrón y los estados posibles no son infinitos, es fáci" TRI Guo mi lolas Je estr los auna au Hizo *2u40 Bs - Ho ¡ 53 Es, DN 88 Ey e 5 E] Es 42) AN JA Estado normal Ea, Energía alssorvida E.e. rad. Enereña emitida por radiación A 1 A 2 Lenaltud de onda . Características cromáticas + Debido a la forma discontinua del espectro de estas lámparas, la luz emitida es una mezcla de unas pocas radiaciones monocromáticas; en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o visible del espectro. Esto hace que la reproducción del color no sea muy buena y su rendimiento en color tarros Misible 500 300 100 Energía espectral (mv Imé - 5 rim - 1000 Lx) 300 400 500 600 700 Longitud de onda (nm) a Ejemplo de espectro de una lámpara de descarga + Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de longitudes de onda distintas a las de la lámpara. La primera opción es combinar en una misma lámpara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las lámparas de luz de mezcla (incandescencia y descarga). También podemos aumentar la presión del gas. De esta manera se consigue aumentar la anchura de las líneas del espectro de manera que formen bandas anchas y más próximas entre sí. Otra solución es añadir sustancias sólidas al gas, que al vaporizarse emitan radiaciones monocromáticas complementarias. Por último, podemos recubrir la pared interna del tubo con una sustancias fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. * Características de duración * Hay dos aspectos básicos que afectan a la duración de las lámparas. El primero es la depreciación del flujo. Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del tubodonde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos. En aquellas lámparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la perdida gradual de la eficacia de estas sustancias. + El segundo es el deterioro de los componentes de la lámpara que se debe a la degradación de los electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre. Otras causas son un cambio gradual de la composición del gas de relleno y las fugas de gas en lámparas a alta presión. Fluorescente estándar 12500 Luz de mezcla 9000 Mercurio a alta presión 25000 Halogenuros metálicos 11000 Sodio a baja presión 23000 Sodio a alta presión 23000 * Factores externos que influyen en el funcionamiento + Los factores externos que más influyen en el funcionamiento de la lámpara son la temperatura ambiente y la influencia del número de encendidos. + Las lámparas de descarga son, en general, sensibles a las temperaturas exteriores. Dependiendo de sus características de construcción (tubo desnudo, ampolla exterior...) se verán más o menos afectadas en diferente medida. Las lámparas a alta presión, por ejemplo, son sensibles a las bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque. Por contra, la temperatura de trabajo estará limitada por las características térmicas de los componentes (200% C para el casquillo y entre 350% y 5209 C para la ampolla según el material y tipo de lámpara). + La influencia del número de encendidos es muy importante para establecer la duración de una lámpara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en gran medida de este factor.