Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran
medida de las características cromáticas de las fuentes de luz.
FUENTES LUMINOSAS
Adaptado y modificado por Miguel Ángel Asensio.
Proyector parabólico tipo PAR
1000W
1
ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE
FUNCIONAMIENTO

VIDA ÚTIL (DEPRECIACIÓN LUMINOSA): Duración en
horas de encendido hasta que el flujo luminoso alcanza
el 80 % del flujo inicial.

VIDA MEDIA (MORTALIDAD): Para una muestra
representativa, tiempo de ensayo, desde el encendido,
en el que dejan de funcionar el 50 % de las lámparas.
2
ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE
FUNCIONAMIENTO

TEMPERATURA DE COLOR: Su valor coincide con
la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de
color similar a la de la fuente considerada. Hace referencia al
color de la fuente luminosa.


Temperatura de color BAJA---> espectro con
predominio de radiaciones rojas (sensación cálida).
Temperatura de color ALTA---> espectro con
predominio de radiaciones azules (sensación fría).
3
Es interesante establecer parámetros que definan
cualitativamente la iluminación de una escena. Sin duda,
la característica fundamental en este sentido es la
temperatura de color.
Esta magnitud, viene expresada en grados Kelvin (K).
1.800
2.000
2.200
2.300
2.400
2.500
3.200
4.000/4.500
4.800
5.500
5.600
6.000
7.000
8.000
12.000
Pigmentación
Rojo
Naranja
Luz cálida
Brasas encendidas
Luz de una vela
Luz del sol en el ocaso
Luz del sol al amanecer
Lámparas de sodio
Lámparas de incandescencia
Lámparas halógenas
Lámparas fluorescentes
Lámparas de vapor de mercurio
Luz del sol a medio día
Lámparas de mercurio HMI
Fluorescencia luz día
Día lluvioso
Día nublado
Cielo azul despejado
Temperatura de
color (K)
Amarillo
Blanco
Azul
Luz fría
Tipo de iluminación
4
ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE
FUNCIONAMIENTO

RENDIMIENTO:
Cantidad de flujo luminoso emitido
por unidad de potencia inyectada (lm/W).
Rendimiento de una lámpara incandescente
5
FUENTES DE LUZ
LAS LÁMPARAS
Para conseguir una iluminación correcta, en los estudios o plató de
televisión podemos encontrar un amplio abanico de fuentes de luz.
Las lámparas incandescentes fueron la primera forma de generar
luz a partir de la energía eléctrica. Desde que fueran inventadas, la
tecnología ha cambiado mucho produciéndose sustanciosos
avances en la cantidad de luz producida, el consumo y la
duración de las lámparas. Su principio de funcionamiento es
simple, se pasa una corriente eléctrica por un filamento hasta que
este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones
visibles por el ojo humano.
Incandescencia
Incandescentes
Halógenas
Descarga
Alta presión
Baja presión
fluorescentes
Mercurio
sodio baja presión Mercurio Halogenado
Sodio Alta Presión
6
La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energía en forma de radiación
electromagnética. Cuanto más alta sea su temperatura mayor será la
energía emitida y la porción del espectro electromagnético ocupado por
las radiaciones emitidas. Si el cuerpo pasa la temperatura de
incandescencia, una buena parte de estas radiaciones caerán en la
zona visible del espectro y obtendremos luz.
La incandescencia se puede obtener de dos maneras. La primera es por
combustión, la segunda es pasando una corriente eléctrica a través de un
hilo conductor muy delgado. Tanto de una forma como de otra, obtenemos luz
y calor. En general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajos
debido a que la mayor parte de la energía consumida se convierte en calor.
7
La incandescencia
La producción de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja
adicional, y es que la luz emitida contiene todas las longitudes de onda
que forman la luz visible o dicho de otra manera, su espectro de
emisiones es continuo.
se garantiza así una buena
reproducción de los colores
de los objetos iluminados.
Entre los parámetros que sirven para definir una lámpara
tenemos las características fotométricas: la intensidad
luminosa, el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia.
Además de estas, existen otras que nos informan sobre la
calidad de la reproducción de los colores y los parámetros
de duración de las lámparas.
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Características cromáticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran
medida de las características cromáticas de las fuentes de luz.
A la hora de describir las cualidades cromáticas de las
fuentes de luz hemos de considerar dos aspectos.
La temperatura de color, hace referencia al color de la fuente luminosa.
El rendimiento de color, hace referencia a cómo se ven los colores de
los objetos iluminados.
Fuente de luz blanca.
Fuente de luz monocromática.
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
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LÁMPARAS INCANDESCENTES
CARACTERÍSTICAS







Principio de funcionamiento: incandescencia
Filamento de tungsteno y relleno de argón y nitrógeno
Rendimiento: 10lm/w (Halógenas: 20lm/W)
Vida útil: 1000 - 2000hs
Equipo auxiliar: no necesitan
Posición de funcionamiento: cualquiera
Reproducción cromática: óptima
La duración de una lámpara viene determinada básicamente
por la temperatura de trabajo del filamento. Cuanto más
alta sea esta, mayor será el flujo luminoso pero también la
velocidad de evaporación del material que forma el filamento.
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LÁMPARAS INCANDESCENTES
CARACTERÍSTICAS
La duración de las lámparas incandescentes está normalizada;
siendo de unas 1000 horas para las normales, de 2000 horas
para las halógenas en aplicaciones de uso general y de 4000
horas para las especiales.
Los factores externos que afectan al
funcionamiento de las lámparas son la
temperatura del entorno dónde esté
situada la lámpara y las desviaciones
en la tensión nominal.
La utilización de lámparas de incandescencia
sobrevoltadas, reduce el tiempo de vida por
debajo de las 50 horas.
11
LÁMPARAS INCANDESCENTES
CARACTERÍSTICAS
Efecto de las variaciones de tensión (%) sobre las características
de funcionamiento de las lámparas incandescentes.
Evolución del rendimiento y la vida útil con
la tensión aplicada.
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Lámparas con gas
Lámparas de vacío
2500 ºC
2100 ºC
Eficacia luminosa de
la lámpara
10-20 lm/W
7.5-11 lm/W
Duración
1000 horas
1000 horas
Convección y radiación
Radiación
Temperatura del filamento
Pérdidas de calor
Entre las lámparas incandescentes no halógenas podemos
distinguir las que se han rellenado con un gas inerte de
aquellas en que se ha hecho el vacío en su interior. La
presencia del gas supone un notable incremento de la eficacia
luminosa de la lámpara dificultando la evaporación del material
del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de
trabajo del mismo.
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Lámparas incandescentes halógenas
Ciclo de regeneración del halógeno
El funcionamiento de este tipo de lámparas requiere de temperaturas
muy altas para que pueda realizarse el ciclo del halógeno.
Tienen una eficacia luminosa de 22 lm/W con una amplia gama de
potencias de trabajo (150 a 2000W) según el uso al que estén
destinadas.
14
Lámparas de Descarga
La lámpara fluorescente es una lámpara de descarga en vapor de mercurio de baja presión.
Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de
producir luz de una manera más eficiente y económica que las
lámparas incandescentes.
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 ionizado.
15
Lámparas de descarga
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 producir luz.
Relación entre los estados energéticos de los electrones y las franjas
visibles en el espectro. Es fácil comprender que el espectro de estas
lámparas sea discontinuo.
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Lámparas de descarga
La lámpara, generalmente con ampolla de forma tubular larga con un electrodo sellado en
cada terminal, contiene vapor de mercurio a baja presión con una pequeña cantidad de gas
inerte para el arranque y la regulación del arco. La superficie interna de la ampolla está
cubierta por una sustancia luminiscente (polvo fluorescente o fósforo) cuya composición
determina la cantidad de luz emitida y la temperatura de color de la lámpara.
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Lámparas de descarga
(rendimiento)
Balance energético de una lámpara de descarga
La eficacia de las lámparas de descarga oscila entre los
19-28 lm/W de las lámparas de luz de mezcla y los
100-183 lm/W de las de sodio a baja presión.
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LÁMPARAS DE MERCURIO
DE ALTA PRESIÓN (presentación)
Cuando se examina el funcionamiento de la lámpara de mercurio de alta presión, se
deben considerar tres fases bien diferenciadas: ignición, encendido y estabilización.
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LÁMPARAS DE MERCURIO
DE ALTA PRESIÓN (características cromáticas)
Desde su introducción, la lámpara de vapor de mercurio a alta presión ha sido
desarrollada a tal punto que la tecnología de iluminación es apenas imaginable
sin ella.
En estas lámparas, la descarga se produce en un tubo de cuarzo que
contiene una pequeña cantidad de mercurio y un relleno de gas inerte,
generalmente argón, para ayudar al encendido. Una parte de la
radiación de la descarga ocurre en la región visible del espectro como
luz, pero otra parte se emite en la ultravioleta. Cubriendo la superficie
interna de la ampolla exterior, en la cual se encuentra el tubo de
descarga, con un polvo fluorescente que convierte esta radiación
ultravioleta en radiación visible, la lámpara ofrecerá mayor iluminación
que otra de iguales características en la que no se halle dicha capa.
Debido a la forma
discontinua del espectro de
estas lámparas, la luz
emitida es una mezcla de
unas pocas radiaciones
monocromáticas.
Espectro de una lámpara
de descarga
20
LÁMPARAS DE MERCURIO
DE ALTA PRESIÓN (principio de funcionamiento)
Balasto
R=25kΩ
Capacitor
Electrodos principales
La ignición se logra por medio de un electrodo auxiliar o de arranque,
ubicado muy cerca del electrodo principal y conectado
al otro a través de una resistencia de alto valor (25 kΩ).
Se produce una descarga entre el electrodo principal y el auxiliar,
la cual ioniza el gas en el tubo e inicia la descarga principal. El
mercurio sólido se volatiliza hasta alcanzar la presión de trabajo,
entrando en la fase de estabilización alcanzando el punto de
equilibrio termodinámico. Para garantizar el momento de equilibrio
es necesaria la inclusión en el circuito de un balasto.
21
LÁMPARAS DE MERCURIO
DE ALTA PRESIÓN (características)






Rendimiento: 40 a 55 lm/w
Vida útil: 15000hs
Reencendido: no instantáneo
Estabilización: balasto
Posición de funcionamiento: cualquiera
Lámparas de mezcla o de luz mixta:
 no necesitan balasto
 tienen menor rendimiento (20-25 lm/W)
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Lámparas de luz
mezcla
Las lámparas de luz mezcla son una combinación de la lámpara de
vapor de mercurio a alta presión y de la lámpara incandescente, como
resultado de uno de los intentos para corregir la luz azulada de las
lámparas de vapor de mercurio, lo cual se consigue por la inclusión
dentro de la misma ampolla de un tubo de descarga de vapor de
mercurio y un filamento incandescente de wolframio.
La luz de la descarga de
mercurio y la del
filamento caldeado se
combinan, o se mezclan,
para lograr una lámpara
con características
operativas totalmente
diferentes a aquellas en
las que están basadas.
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LÁMPARAS DE MERCURIO
HALOGENADAS (halogenuros metálicos)





Similar a las de mercurio con un aditivo de halogenuro metálico en el tubo
de descarga, lo cual agrega otras bandas de emisión.
Mayor rendimiento (80 lm/w)
Mejor reproducción cromática
Similar vida útil
Problemas:



más susceptibles a las variaciones de tensión de red
posición de funcionamiento limitada
reencendido más lento (por encima de los 3 minutos).
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Lámparas con halogenuros metálicos
Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se
consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la
lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas
al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).
Espectro de emisión de una lámpara con halogenuros metálicos
25
Lámparas con halogenuros metálicos
(HMI)
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a
6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de
entre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y
su vida media es de unas 10000 horas.
Tienen un periodo de encendido de
unos diez minutos, que es el tiempo
necesario hasta que se estabiliza la
descarga. Para su funcionamiento es
necesario un dispositivo especial de
encendido, puesto que las tensiones
de arranque son muy elevadas
(1500-5000 V).
Las excelentes prestaciones cromáticas la
hacen adecuada entre otras para la
iluminación de instalaciones deportivas, para
retransmisiones de TV, estudios de cine,
proyectores, etc.
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Lámparas de descarga en vapor de sodio
LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN
La descarga eléctrica en un tubo
con vapor de sodio a baja presión
produce una radiación
monocromática característica
formada por dos rayas en el
espectro (589 nm y 589.6 nm) muy
próximas entre sí.
La radiación emitida, de color
amarillo, está muy próxima al
máximo de sensibilidad del ojo
humano (555 nm). Por ello, la
eficacia de estas lámparas es
muy elevada (entre 160 y 180
lm/W). Otras ventajas que ofrece
es que permite una gran
comodidad y agudeza visual,
además de una buena percepción
de contrastes. La vida media de
estas lámparas es muy elevada,
de unas 15000 horas.
27
LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN
En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las
pérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado de
materiales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas
pequeñas hendiduras para facilitar la concentración del sodio y que se vaporice a
la temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la que
se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De esta
manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento
necesaria en la pared del tubo (270 ºC).
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LÁMPARAS DE SODIO DE
ALTA PRESIÓN
Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral
que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada
mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.
Las consecuencias de esto es
que tienen un rendimiento en
color (Tcolor= 2100 K) y
capacidad para reproducir los
colores mucho mejores que la
de las lámparas a baja presión
La vida media de este tipo de
lámparas ronda las 20000
horas y su vida útil entre
8000 y 12000 horas.
29
LÁMPARAS DE SODIO DE
ALTA PRESIÓN
Las condiciones de funcionamiento
son muy exigentes debido a las
altas temperaturas (1000 ºC), la
presión y las agresiones químicas
producidas por el sodio que debe
soportar el tubo de descarga.
En su interior hay una mezcla de
sodio, vapor de mercurio que actúa
como amortiguador de la descarga
y xenón que sirve para facilitar el
arranque y reducir las pérdidas
térmicas. El tubo está rodeado por
una ampolla en la que se ha hecho
el vacío.
La tensión de encendido de estas
lámparas es muy elevada y su
tiempo de arranque es muy breve.
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LÁMPARAS
HMI (halogeniuro metálico)
Es un tipo de lámpara que emite una luz muy intensa de la misma
temperatura de color del sol. Como las lámparas halógenas, poseen ampollas
de cuarzo rellenas de gas, pero, en lugar de utilizar filamento, disponen de
dos electrodos, entre los que se realizan periódicas descargas de corriente
que provocan la radiación luminosa.
Probablemente es la tecnología que consigue un mayor aprovechamiento de
la energía que recibe, logrando un rendimiento de unos 100 lm/W aplicado.
Su temperatura de color se sitúa entre 5.500 y 6.000 K, proporcionando
una luz día de alta calidad.
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LÁMPARAS
HMI (halogeniuro metálico)
La mayor desventaja de las luces HMI es que requieren de una fuente de
poder de alto voltaje grande, pesada y costosa. Aún así, por la temperatura
de color de la luz que emiten, por su eficiencia y potencia lumínica, las luces
HMI son utilizadas frecuentemente en exteriores, muchas veces parar
rellenar las sombras causadas por el sol.
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Lámparas de Xenón
El grupo de lámparas de descarga se
completa con las que insertan este gas noble
en el interior de ampollas de cuarzo.
También comparten con las lámparas HMI un
alto factor de eficacia, mientras que su
temperatura de color alcanza valores
ligeramente inferiores, siendo típico el de
5.400 K. Como todas las lámparas de
descarga, precisa un tiempo de
calentamiento de entre dos y cuatro minutos
para que proporcione la temperatura de
color adecuada y su máxima potencia
lumínica.
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Ahora que hemos descrito las lámparas usadas en
los distintos instrumentos de iluminación, podemos
dedicarnos a los instrumentos en si mismos.
34
Descargar

FUENTES LUMINOSAS