Luces incandescentes. Generalidades.

Por Francisco Bernal Rosso.

afbg@latinmail.com

 



Incandescentes


Son las luces incandescentes, la luz del fuego, las lámparas de aceite, los cuarzos.

La luz proviene de la temperatura a la que se encuentra el cuerpo. Puede radiar todos los colores, cosa que no ocurre con todos los tipos de lámparas.

Espectro de color

Las fuentes de luz incandescente emiten todos los colores del espectro. Para hablar de la distribución espectral de la energía, visualmente de la apariencia de color que tiene la luz, se emplea el concepto temperatura de color que se define como la temperatura a la que se debe calentar un cuerpo negro ideal para que adquiera la misma apariencia de color que la lámpara. Sin embargo no todos los colores se emiten con la misma intensidad.

Las temperaturas de color habituales van desde 2400 kelvin a los 3500 kelvin. Una lámpara doméstica rara vez subirá de 2600 k mientras que una lámpara incandescente para uso fotográfico se establece en 3200 y 3400 k (lámparas tipo A y tipo B).

Lámparas incandescentes normales

Funcionamiento

No es lo mismo la temperatura de color de la lámpara que la temperatura de la lámpara. Una bombilla incandescente es un trozo de metal (normalmente tungsteno) metido en una ampolla sin aire. Al pasar la corriente eléctrica el tungsteno se calienta y se enciende. La falta de aire en la ampolla impide que el tungsteno se queme. Se emplea el tungsteno por que tiene un buen comportamiento a altas temperaturas y no se va a romper tan fácilmente como otros metales. La temperatura a la que funde el tungsteno es de 3653 kelvin pero la temperatura a la que normalmente trabaja es de unos 3000 k. Los kelvin de temperatura de color se refieren, no a la temperatura de la lámpara, sino a la temperatura a la que hay que poner el cuerpo negro ideal para que su apariencia de color sea semejante a la de la lámpara, que estará a otra temperatura.

Hay dos formas básicas de conseguir estas temperaturas de color: por un lado el empleo del sobrevoltado y por otro el de lámparas de cuarzo.

Sobrevoltado

Veamos la curva característica de emisión espectral de una lámpara. La curva muestra la intensidad de luz que se emite para cada color (cada frecuencia o longitud de onda). En la horizontal se encuentran los colores, a la izquierda los rojos, a la derecha los azules. La superficie bajo la curva representa la energía total de la luz. Si damos mas energía (subimos la tensión) esta superficie aumentará, la curva se desplazará hacia arriba. Pero vamos a fijarnos en lo siguiente: la relación que hay entre la cantidad de luz azul y la de luz roja cambia. Mientras que a baja potencia (curva muy cerca del suelo) hay una cierta relación entre los colores, al aumentar la energía que se suministra a la lámpara (por ejemplo subiendo la tensión eléctrica) la curva sube y la relación entre azul y rojo cambia aumentando. Esto hace que, aparentemente, la luz sea mas azulada. Este uso, llevado a la práctica, se conoce como Sobrevoltado y es una Solución muy común en fotografía. De hecho se fabrican lámparas sobrevoltadas que emiten luz con una pequeña relación azul-rojo.
Al aumentar la tensión eléctrica a la que se conecta una lámpara incandescente aumenta el flujo luminoso (los lúmenes, y por tanto la intensidad de la luz, ya que hay mas lúmenes en un rayo). Se absorbe mas potencia eléctrica (gastamos mas pilas, sube el recibo de la luz). Aumenta la eficacia luminosa (la cantidad de luz que se emite por cada vatio eléctrico aumenta también, la relación lúmenes-vatio, además de aumentar solo los lúmenes, con lo que aumenta la exposición que podemos dar de forma no proporcional). Duran menos (se queman antes). La luz se hace mas azulada (debido a la subida de la curva).

Ahora bien ¿porque la luz está sobrevoltada?, ¿en que lugar de la tabla periódica dice cual es la cantidad de voltios que se debe dar a un elemento para que irradie correctamente?. Como nos podemos imaginar, nada de esto es correcto: no existe una tensión eléctrica (los voltios) ideal para una lámpara. Lo que existe es un uso recomendado: El fabricante debe jugar con la cantidad de luz emitida y con la duración de la lámpara. Por término medio una lámpara incandescente para uso doméstico emite unos 15 lúmenes por cada vatio eléctrico a que se conecta, siempre y cuando se haga a su tensión, y de esta manera puede durar de 1000 (lámparas normales y de vidrio soplado) a 2000 horas (lámparas en ampollas de tipo PAR). Ahora bien, si una lámpara, que el fabricante tiene previsto emplear a 125v se conecta a 220v al aumentarle la energía que se le suministra (los voltios, al igual que los lúmenes, representan en cierto modo la cantidad de energía que se ofrece) sube su curva, la relación azul-rojo aumenta, con lo que la luz se vuelve aparentemente mas azulada, emite mas luz pero también se calienta mas y se destruye antes. Una lámpara para uso fotográfico como las Photoflood tienen una vida de cuatro horas y una de tipo Nitraphot no puede estar mas de tres minutos encendida ya que se quema antes. Pero a cambio produce 26 lúmenes por vatio, el doble que una doméstica.

Encendido y efecto estroboscópico

El encendido es inmediato. Tal como se aprieta el interruptor ya tenemos toda la luz. Esto no siempre es así en todas las lámparas, como veremos hay luces que tardan varios minutos en alcanzar su máxima emisión.

La corriente eléctrica es alterna, en Europa varia cincuenta veces por segundo. Es decir, cincuenta veces por segundo la electricidad sube , baja, se hace 0, sigue bajando, se hace negativa, sube otra vez vuelve a pasar por cero y vuelve a su punto máximo. Esto supone que hay cien pasos por cero cada segundo (dos por ciclo). Lo que significa que la lámpara se debería apagar cien veces por segundo. A esto se denomina efecto estroboscópico. Esta es una idea que hay que tener en cuenta. En el caso concreto de las lámparas incandescentes cien apagones por segundo da un tiempo de apagado muy pequeño. De hecho es tan pequeño que la lámpara no tiene tiempo de enfriarse cuando ya está otra vez calentándose y al no enfriarse sigue dando luz. Así pues debe quedarnos claro que las luces incandescentes, para frecuencias de red de 50 ciclos no parpadean.

La reproducción del color

Las lámparas incandescentes, por contener todos los colores son una fuente de iluminación que tiene el mayor índice de rendimiento de color: 100. Esto significa que podemos iluminar cualquier color con estas luces y puede ser posible reproducirlo. Sin embargo siempre debemos considerar que la distribución de colores en la luz no tiene por que ser como la distribución de colores de la luz del sol. De hecho, para temperaturas de color bajas hay demasiado rojo para nuestro gusto por lo que debemos corregir, por ejemplo filtrando la luz roja mediante un filtro azul. El grado de azul de este deberá ser inverso a la temperatura de color: para unos 2600 k se recomienda un filtro 81B mientras que para unos 3400 k podemos emplear un 80B.

Existen unas lámparas incandescentes que llevan óxido de neodimio, estas tienen un comportamiento muy mejorado en color (en su apariencia, ya que la reproducción es siempre posible) filtrando el exceso de rojos y dejando pasar mas azules. Se recomiendan para usos en los que la observación del color sea importante junto con una no excesiva potencia (Floristerías, carnicerías, joyerías). Sin embargo, cuando se escriben estas líneas (1998) aun no está muy generalizado su uso.
 

Las lámparas azules
Hay lámparas que tienen la ampolla azul. Esto hace de filtro asociado a la lámpara.

Siempre que filtramos lo que hacemos es disminuir la energía emitida. Sin filtramos en la lámpara la luz no emitida se transforma en calor. Cuanto mas cerca esté el filtro de la lámpara tanto peor para su supervivencia. En el caso concreto de que el filtro sea la superficie de la lámpara el calentamiento será máximo. Estas lámparas tienen una temperatura de color cercana a los 4000 K por lo que se puede emplear película luz día. Aunque recomendaría hacer pruebas ya que diferentes marcas dan diferentes kelvin e incluso en una misma marca, debido al envejecimiento, la temperatura de color se hace progresivamente menor. Filtrar en la luz tiene estos dos inconvenientes: disminuye la intensidad de la luz y su vida además de aumentar el calor radiado. A veces es conveniente mantener la temperatura del lugar de trabajo lo mas baja posible: cuando fotografiamos helados, pequeños animales como orugas y cosas así y en otros casos no podemos tolerar que haya demasiado calor.

Los cuarzos

Conforme pasa el tiempo el filamento de una luz incandescente se va quemando. Las cenizas se desprenden de el y pasan a la ampolla. El resultado es que la emisión de luz disminuye, la temperatura de color baja y la lámpara se calienta mas de la cuenta. Las lámparas de cuarzo se inventaron para soslayar este hecho. Un cuarzo (propiamente dicho una lámpara incandescente halógena) está constituida por un filamento de tungsteno con un aditivo halogenado (normalmente iodo) dentro de una ampolla de cuarzo que se rellena de un gas noble.

Ciclo del yodo

Al calentarse se produce el ciclo del yodo: El tungsteno vaporizado por efecto del calor viaja, transportado por una corriente de convección debido a la diferencia de temperatura entre el filamento (2000ºC) y la ampolla (250ºC). En esta zona alejada del filamento y "fría" se combina con el yodo formando yoduro de tungsteno que, al aproximarse al filamento de nuevo, se disocia con lo que el tungsteno se vuelve a depositar sobre el filamento regenerándolo.

El resultado es que la "ceniza" se descompone en metal de nuevo y vuelve a colocarse sobre el filamento. Este efecto regenerador produce además un limpiado de la lámpara y un aumento de la vida de esta.

Características de los cuarzos

Las lámparas de cuarzo deben trabajar a temperaturas mayores que las incandescentes normales, lo que supone un mayor rendimiento luminoso (mas luz por vatio) y una mayor temperatura de color. Normalmente el rendimiento se sitúa en torno a los 20 lúmenes por vatio (de 16 lm/w para lámparas de 100w a 27 lm/w para las de 2000w). La temperatura de color se mueve en torno a los 3200-3500k por lo que son muy seguras a la hora de emplear película tipo B para tungsteno. Debido al ciclo regenerador no pierden temperatura de color por su uso. Dan bastante mas calor que las incandescentes normales y duran de 2000 a 3000 horas. Es mucho mas fácil encontrar lámparas de cierta potencia de cuarzo que incandescentes normales. A partir de 500w se pueden emplear con plena confianza para uso fotográfico dando un buen diafragma y sin tener que forzar el revelado. Para uso fotográfico se pueden encontrar lámparas de 200 a 10000w.

El aspecto de las lámparas es muy variado. Principalmente se construyen con dos tipos de envoltura: la simple y la doble. En la envoltura simple podemos tocar la ampolla de cuarzo mientras que en la doble esta va contenida dentro de un recubrimiento de vidrio o similar. La grasa de las manos mancha el cuarzo, por lo que nunca debería tocarse una lámpara de recubrimiento simple con las manos. En caso de hacerlo debe limpiarse la lámpara con alcohol antes de emplearla (dice Samuelson que es preferible el alcohol que el güisqui). Además el recubrimiento simple es bastante frágil y se puede romper fácilmente. No obstante son lámparas que podemos encontrar fácilmente en cualquier espectáculo que requiera un encendido rápido y una gran fidelidad a los colores ( su rendimiento de color también es de 100), por lo que la vamos encontrar en teatros, conciertos, pasarelas de moda como iluminación general y donde sea menester un proyector. Además, como las incandescentes normales, no tienen efecto estroboscópico.

Existe, (sobre todo para uso doméstico y decorativo) unas lámparas de cuarzo de pequeño tamaño, normalmente se conectan a una tensión continua que va de los 6 a los 24v según modelo, por lo que precisan de un transformador. su empleo fotográfico da ciertos quebraderos de cabeza ya que son lámparas que tienen muy poca cobertura angular. Iluminan mucho una zona muy concreta y pueden engañar al exposímetro al crear zonas de mucho contraste.

Las alteraciones de la tensión de alimentación le afectan sobre todo cuando son a la baja. Al contrario de lo que sucede con las lámparas incandescentes normales que viven menos al subir la tensión, las de cuarzo viven menos al bajar la tensión, ya que al suceder esto no se calienta tanto el filamento y no se produce la reacción química de regeneración, por lo que el filamento acaba descomponiéndose.

Las lámparas pueden tener o no tener reflector incorporado. Caso de tenerlo hay dos tipos: los normales y los dicroicos. Los dicroicos reflejan la luz y emiten la radiación infrarroja hacia atrás. De cualquier manera hay que recordar que generan mucho calor.

 



 

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