Ahorro y Eficiencia Energética, Economy, Social

Lámparas de inducción electromagnética

Lámparas de Inducción

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Prácticamente libres de mantenimiento, las lámparas de inducción ofrecen muchas funciones que las convierten en una fuente luminosa atractiva y esta emergiendo como una de las mas nuevas tecnologías en iluminación.

Con una vida útil de 100,000 horas, las lámparas sin electrodos pueden durar hasta 20 años antes de que se quemen por completo, estos sistemas rara vez necesitan reponerse. Particularmente útiles en aplicaciones donde el remplazo de la lámpara puede ser incomodo y costoso. Como en el caso de aplicaciones en exteriores y en lugares difíciles de alcanzar tales como túneles, aeropuertos, edificios públicos, congeladores y muchos otros. La tecnología de las lámparas de inducción ofrece un inmenso potencial, aunque los productos actuales aun tienen algunos inconvenientes.

Estas lámparas se encuentran dentro el rango de consumo de 15-400W. En comparación con las lámparas DAI, las lámparas de inducción se encienden inmediatamente en 70-80% de su intensidad total, esto permite el uso de controles de encendido/apagado automáticos o manuales para controlar este tipo de lámparas. En el caso de controles automáticos el uso de sensores de presencia,temporizadoressensores de luz es conveniente.

Las lámparas de inducción también pueden atenuarse lo cual puede proporcionar ahorros de hasta un 65%. Hoy en día solo dos sistemas de inducción tienen balastros atenuables, se espera que en un futuro cercano más compañías desarrollen más balastros capaces de atenuar desde un 100 hasta un 30% de la intensidad total de la lámpara los cuales son convenientes para controles comofotoceldastemporizadoressensores de presencia. En el caso de atenuación manual las perillas, botones, barras, etc. Son una buena opción de control.

Casi todas las fuentes de iluminación que están actualmente en uso tienen una cosa en común, electrodos metálicos sellados en las paredes del bulbo para traer la corriente eléctrica dentro de la cámara/envoltura de la lámpara.

Predeciblemente, la mayor falla mecánica (aparte de la ruptura) en estas lámparas comunes con electrodos son:

· Falla del filamento debida a deflexión por el tiempo, dado a que los átomos del material son arrancados por la corriente eléctrica
· Vibración la cual rompe el filamento, especialmente cuando se encuentra caliente.
· Falla del seguro de integridad de la lámpara; normalmente causado por el estrés térmico en el área donde los electrodos hacen contacto con la pared de vidrio. La falla del sello puede ser rápida y completa o una ruptura lenta con el tiempo lo cual permite la entrada de gases atmosféricos que contaminan el interior.

En una lámpara sin electrodos, las principales fallas mecánicas (otras además de la ruptura) son:

· Deflexión de la amalgama de mercurio dentro del bulbo. Cuando los iones de mercurio se excitan y bombardean el fósforo (el cual después emite la luz que vemos), una pequeña porción de estos son absorbidos por la capa de fósforo con el tiempo. Una vez que los iones dentro de la envoltura se han deflexionado, la lámpara emite solo una luz muy tenue y hay que remplazar la lámpara.
· Falla del balastro electrónico. Esta no es una falla catastrófica dado que el balastro es externo y se puede remplazar.

Características Generales

Como funcionan

Entonces ¿como se consigue que una corriente eléctrica dentro de un bulbo de una lámpara excite los iones de mercurio? Existen dos tipos prácticos de lámparas sin electrodos en el mercado, lámparas de microondaslamparas de inducción magnética.

Lámparas de Microondas

Una lámpara de microondas bombardea una capsula de sulfuro con energía a radio frecuencias (microondas) la cual causa el calentamiento del sulfuro, convirtiéndose en un plasma que emite luz. La capsula que contiene el sulfuro tiene que rotarse para prevenir calentamiento desigual y debe enfriarse por medio de un ventilador por lo tanto deberá contener partes mecánicas sujetas a fallas. Comúnmente el magneto utilizado en estas lámparas dura entre 15,000 y 20,000 horas y debe remplazarse de manera tal que los costos por mantenimiento son más altos que los de las lámparas comunes. La mayor ventaja de las lamparas por microondas es que son la única fuente luminosa cuya intensidad se aproxima a la luz de día.

Lámparas de inducción Magnética

Las lámparas de inducción magnética son básicamente lámparas fluorescentes con electromagnetos engrapados a los lados. En una lámpara de inducción externa, la energía de alta frecuencia del balastro electrónico es enviada a través de cables, los cuales se enredan en una bobina alrededor del inductor de ferrita, creando un poderoso magneto.

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Fig. 1 Composición de una lámpara de inducción magnética.

La bobina de inducción produce un campo magnético muy fuerte la cual viaja a través del vidrio y excita los átomos de mercurio en el interior los cuales son proporcionados por un perdigón de amalgama de mercurio. Los átomos de mercurio emiten luz UV y al igual que en los focos fluorescentes, la luz UV se convierte en luz visible al pasar por la capa de fósforo del foco. El sistema puede considerarse como un tipo de transformador donde el inductor es el devanado primario mientras que los átomos de mercurio dentro del tubo forman un segundo devanado de una sola vuelta.

En una variación de esta tecnología, una lámpara con forma de foco, el cual tiene un tubo con una cavidad central, es cubierto con fósforo en el interior, se llena con gas inerte y un perdigo de amalgama de mercurio. La bobina de inducción es enrollada en un mango de ferrita el cual se inserta en la cavidad central del tubo. El inductor se excita por medio de energía a alta frecuencia producida por un balastro electrónico externo causando que un campo magnético penetre el vidrio excitando los átomos de mercurio, los cuales emiten luz UV, la cual se convierte en luz visible por medio de la capa de fósforo.

InternalInductorLamp.jpg

Fig. 2. Composición de una lámpara de inducción magnética interna.

Las lámparas de inducción externa tienen la ventaja de que el calor generado por el ensamblado de las bobinas de inducción es externo al tubo y puede ser fácilmente disipado al aire por conveccion, o a la luminaria por conducción. El diseño de inductor externo se presta a lámparas con intensidades luminosas más altas las cuales pueden tener forma rectangular o redonda. Las lámparas de inducción interna, el calor generado por la bobina de inducción, es emitido dentro del cuerpo de la lámpara y debe enfriarse por conducción hacia el disipador que se encuentra en la base de la lámpara y por radiación a través de la pared de vidrio. Las lámparas de inducción internas tienden a tener una vida útil más corta que las externas debido a las altas temperaturas internas. Las lámparas de tipo interno tienen mayor similitud con los focos convencionales que las de diseño externo las cuales pueden ser más llamativas para ciertas aplicaciones.
Al igual que en las lámparas fluorescentes el variar la composición de la capa de fósforo en las lámparas de inducción permite obtener diferentes colores de temperatura. Los colores más comunes en lámparas de inducción son 3500K, 4100K, 5000K y 6500K.

Las lámparas de inducción requieren un balastro electrónico que ajuste perfectamente para su operación correcta. El balastro toma el voltaje de entrada de CA y lo rectifica en CD. Los circuitos de estado sólido posteriormente convierten esta corriente de CD en una de más alta frecuencia de 2.65 13.6 MHz dependiendo en el diseño de la lámpara. Esta alta frecuencia alimenta a la bobina enrollada alrededor de un núcleo de ferrita o al inductor interno. La alta crecencia crea un fuerte campo magnético en el inductor el cual acopla la energía a través de las paredes de vidrio de la lámpara a los átomos de mercurio dentro del tubo.

El balastro contiene circuitos de control los cuales regulan la frecuencia y la corriente hacia la bobina de inducción para asegurar la operación estable de la lámpara. Además, el balastro tiene un circuito el cual produce un pulso largo para inicializar la ionizacion de los átomos de mercurio y encender la lámpara. Las lámparas de inducción no encienden a un 100% de su intensidad sino que comienzan con un 75-80%. Les toma entre 1 y 2 minutos en encender al 100%. La regulación de la lampara por medio del balastro y el uso de circuitos controlados por microprocesador permiten que el balastro opere con una eficiencia del 98%. Solo el 2% de energía se pierde en un balastro para lámpara de inducción en tanto que en las lámparas comunes se pierde de un 10 a un 15% en el balastro.

Ventajas de las lámparas de inducción magnética

 

  • Larga duración debida a la falta de electrodos – entre 65,000 y 100,000 horas dependiendo del modelo.
  • Alta eficiencia de entre 62 y 87 lúmenes/watt.
  • Aalto factor de potencia debido a las bajas perdidas de los balastros electrónicos que son 98% eficientes.
  • Minima depreciación de lúmenes (baja intensidad luminosa con el tiempo) comparada con otros tipos de lámparas debido a que no existe la evaporación del filamento ni la deflexión.
  • Encendido y reencendido instantáneos, a diferencia de las lámparas convencionales (Vapor de sodio, haluro metálico).
  • Amigables con el ambiente ya que utilizan menos energía, y generalmente utilizan menos mercurio por hora de operación. El mercurio se encuentra en forma sólida y puede recuperarse fácilmente al final de la vida de la lámpara.
  • Proporcionan una excelente interpretación del color (CRI mayor a 80) contra DAI (CRI de 22 para sodio y 70 para haluro metálico).

Estos beneficios ofrecen ahorros considerables en costos de al rededor de 50% en energía y mantenimiento.

Desventajas de las lámparas de inducción magnética

 

  • Alto costo inicial (más de 10 veces el costo de una DAI convencional).
  • Actualmente limitadas en potencia.
  • Físicamente más grandes que las lámparas DAI, lo cual las hace más apropiadas para luminarias grandes.
  • Una variedad limitada.
  • Requieren la compra de los accesorios necesarios para remplazar lámparas de casa.
  • Dañinas para el ambiente y listadas como de riesgo personal por la OSHA debido al contenido de mercurio (los protocolos se establecen por OSHA en el evento de rompimiento del bulbo); deben desecharse de manera apropiada, desecho especial es más costoso y le generara un costo al consumidor.

La tabla inferior muestra las lámparas de inducción más comunes por potencia como también por su salida en lúmenes y su eficacia. Se puede utilizar esta tabla para compararla con las proporcionadas para las tecnologías restantes

Potencia (W) Salida (lm) Eficacia (lm/W)
40 3400 85
80 6800 85
100 8500 85
120 10200 85
200 17000 85

 

*CT (K) 5000
CRI (Ra) 80
*RL (hrs) 100,000

*El color de temperatura es una medida para describir la calidad de una fuente luminosa al expresar la apariencia correlacionada con el fondo de un cuerpo oscuro y se mide en grados Kelvin.

La interpretación del color es una medida de la habilidad de la lámpara para mostrar los colores, y se basa en un índice de interpretación de color-Ra. El índice Ra se basa en una escala de 1 a 100, donde 100 es la mejor interpretación del color.

*Vida promedio medida en horas.

 

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