Introducción

La iluminación artificial es una de las aplicaciones en las que prácticamente se emplea exclusivamente la energía eléctrica. Técnicamente es un proceso sencillo, ya que solamente requiere el empleo de una lámpara y una línea de distribución de baja tensión.

El objetivo de la iluminación artificial es básicamente permitir la realización de actividades humanas cuando o donde el nivel de luz natural es insuficiente. El tipo de actividad a realizar condiciona el tipo de iluminación necesario en dos aspectos: intensidad luminosa y calidad cromática de la luz emitida.

Por otro lado, condicionantes económicos pueden sugerir el empleo de sistemas de iluminación menos cómodos, bien porque su tiempo de encendido sea más largo (lámparas fluorescentes y de descarga), o bien porque la calidad cromática sea peor (vapor de sodio o de mercurio).

Características de las distintas fuentes de iluminación.

En la siguiente tabla se indican algunos datos orientativos de las principales lámparas.
 

Tipo de lámpara	Iluminación (lm)	Potencia (W)	Eficiencia (lm/W)	Vida media (h)	Tiempo de encendido	Aplicaciones
Incandescente	1.200	100	12	1.000	Instantáneas	Interiores
Incandescente	20.000	1.000	20	2.000	Instantáneas	Interiores
Halógenas	50.000	2.000	25	4.000	Instantáneas	Interiores
Inducción	6.000	85	70	60.000	Instantáneas	Interiores
Fluorescente	4.500	70	64	12.500	Prácticamente instantáneas	Domésticas, oficinas
Fluorescente alta frecuencia	5.000	62	80	13.500	Prácticamente instantáneas	Domésticas, oficinas
Fluorescente compacto	1.200	28	43	8.000	Prácticamente instantáneas	Interiores
Vapor de mercurio	25.000	400	62	25.000	3-5 minutos	Grandes espacios interiores
Haluro metálico	160.000	2000	80	11.000	2-4 minutos	Alumbrado público
Sodio baja presión	30.000	210	143	23.000	5-9 minutos	Autopistas, parkings y exteriores
Sodio alta presión	25.000	250	100	23.000	3-5 minutos	Parques y jardines

Definiciones:

• Flujo luminoso, F , es la cantidad de luz (W) emitida por una fuente luminosa en un determinado intervalo de tiempo (t); F = W/t. Se mide en lumenes (lm).
• Eficiencia luminosa, h , es la relación entre el flujo luminoso (F ) y la potencia eléctrica absorbida (P) por una lámpara y las eventuales reactancias: h = F /P.

A continuación se expone una descripción de las principales las lámparas empleadas en iluminación artificial:

Lámparas incandescentes.

Dan luz blanca apropiada para las más exigentes condiciones cromáticas. Tienen una eficiencia muy baja, sólo un 5% de la energía que consumen se transforma en luz, el resto se pierde en forma de calor.

Aplicación: iluminación de interiores, hogar, hoteles, tiendas, etc. (no son adecuadas para el alumbrado público) y para casos especiales de muy buena reproducción cromática.

Ventajas: encendido inmediato, sin que se requiera equipo auxiliar; rendimiento cromático óptimo; factor de potencia unitario; variedad de potencias; bajo coste de adquisición; facilidad de instalación.

Desventajas: baja eficiencia luminosa (elevado coste de explotación); notable producción de calor; duración limitada (una duración media de 1000 horas, correspondiente a un año de vida con un uso de 3 horas al día); elevada luminancia (deslumbramiento).

Lámparas halógenas de tungsteno (incandescentes halógenas).

Son básicamente lámparas incandescentes convencionales a las que se le añaden halógenos. Producen una luz brillante que hace que las superficies y los colores resulten más brillantes. Proporcionan más luz que las bombillas tradicionales, con el mismo consumo. Su vida es dos s tres veces mayor, pero su precio es más elevado.

Aplicación: sustitución de las lámparas incandescentes para la iluminación de interiores; alumbrado intensivo para tareas específicas; alumbrado decorativo; viviendas, tiendas, oficinas, hoteles, restaurantes, etc.

Ventajas: las de las lámparas incandescentes con una ligera mayor eficiencia y duración; reducido volumen (construcción compacta); la ampolla (de cuarzo) no se ennegrece.

Desventajas: elevada luminancia; duración limitada (2000 horas); riesgo de desvitrificación si es tocada con las manos con grasa; utilizan bajo voltaje (12 V) así que necesitan un transformador.

Lámparas de inducción.

De reciente aparición en el mercado (1991). Son lámparas de vapor de mercurio a baja presión. En ellas, una bobina inductora alimentada por un circuito electrónico genera un campo de alta frecuencia que excita a los átomos de mercurio, produciendo una radiación ultravioleta que se transforma en visible gracias al recubrimiento fluorescente del interior de la bombilla.

Se caracterizan por una larga vida útil (60.000 horas), esto es, 7 años usándolas 24 h/día. En comparación, su duración es unas cinco veces mayor que las de vapor de sodio. Su encendido es instantáneo.

De momento sólo hay de un tipo, con una potencia de 85 W y un flujo luminoso de 6000 lm, o sea una eficiencia de 70 W/lm. Proporcionan una luz blanca, con un elevado índice de reproducción cromática.

Aplicaciones: alumbrado público exterior; alumbrado industrial; aplicaciones en lugares de difícil acceso.

Por ahora son caras.

Lámparas fluorescentes.

Son lámparas de descarga (de 16, 26 o 38 mm de diámetro). En su interior hay vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de gas inerte. Para conseguir el arco eléctrico de encendido se necesita una sobretensión. Hace falta una bobina de choque para limitar la intensidad eléctrica. Las dos funciones las realiza una reactancia en serie y un cebador en paralelo (la reactancia disipa calor).

Ventajas: presentan buenas condiciones cromáticas (gran variedad de apariencias de color, buena reproducción de colores), apropiadas para trabajos normales; tienen buena eficiencia luminosa; larga duración (12.000 horas); bajo coste de adquisición; mínima emisión de calor. El 70% de toda la iluminación artificial en el mundo está generado por lámparas fluorescentes. Una lámpara fluorescente consume sólo la quinta parte de electricidad que una lámpara incandescente ordinaria (p. ej. un tubo de 18 W proporciona más luz que tres bombillas de 40 W y consume la quinta parte).

El factor de potencia es bajo (de 0,45 a 0,60); hace falta un condensador en serie o en paralelo para corregirlo hasta 0,85 aproximadamente.

Aplicaciones: alumbrado de interiores (oficinas, tiendas, colegios, hoteles, industria, etc.).

Observaciones: encender y apagar con frecuencia los tubos fluorescentes, acortan su vida. Por ello, no conviene instalar este tipo de lámparas (tubos y compactos) en sitios donde se apague y encienda la luz con mucha frecuencia. Por otra parte, si se va a tener apagada una lámpara fluorescente menos de 20 minutos, es mejor dejarla encendida. Un encendido del fluorescente cada 10 minutos reduce su vida a menos de la mitad.

Lámparas fluorescentes de alta frecuencia.

Con el empleo de balastos o reactancias electrónicas se obtienen una serie de ventajas:

• ahorros de energía de un 25% (mayor rendimiento luminoso y menor disipación de calor)
• trabajan a alta frecuencia (30 kHz) con menor parpadeo y menor fatiga.
• Permiten regular el nivel de iluminación de forma manual con un potenciómetro o automática.
• Se elimina el consumo de energía reactiva ya que el factor de potencia sube hasta 0,97.
• Se incrementa la vida de la lámpara en un 50% (el arranque se produce con una sola descarga).
• Menor potencia instalada.

Generan luz igual que las lámparas fluorescentes. Se utilizan últimamente en sustitución de las incandescentes. Consumen un 80% menos energía que las lámparas incandescentes. Otras características son:

• Ahorran energía (su precio es superior, aunque el TRB » 2 años).
• Mayor duración (usándolas una media de 3 horas al día pueden durar unos 12 años).
• Una lámpara fluorescente compacta de 20 W viene a sustituir a una incandescente de 100 W y puede reducir una media de 400 kg las emisiones de CO₂ durante su vida útil.
• Menor pico de demanda para las compañías eléctricas durante la noche.

Con un color verde azulado. Sus características cromáticas las hacen apropiadas para las necesidades normales de las plantas industriales y para alumbrado de exteriores.

Aplicación: iluminación de vías públicas, plazas, jardines.

Ventajas: eficiencia luminosa buena; rendimiento cromático bueno; luminancia de tipo medio; reducido tamaño y larga duración (unas 25.000 horas); amplia gama de potencias.

Desventajas: equipo auxiliar para arranque de la descarga; el encendido no es inmediato; deben transcurrir varios minutos antes de obtener la máxima emisión luminosa (de 4 a 10 minutos para reencendido). Factor de potencia bajo (sobre 0,5), por tanto es preciso corregir la fase.

Lámparas de yoduros metálicos (halogenuros metálicos).

Producen color muy cercano al blanco, con una excelente percepción de colores.

Aplicación: iluminación de campos de deporte, plazas, grandes espacios.

Ventajas: elevada eficiencia luminosa; rendimiento cromático óptimo; dimensiones reducidas; duración media de 11.000 horas; gran variedad de potencias.

Desventajas: requieren equipo auxiliar (reactancia y cebador); bajo factor de potencia (sobre 0,50), por tanto es preciso corregir la fase.

Lámparas de sodio a baja presión.

Luz amarilla, aplicables para iluminación de exteriores.

Aplicación: iluminación de bifurcaciones, encrucijadas, túneles y para señalar, en general, situaciones de peligro. Son óptimas para las zonas de niebla frecuentes.

Ventajas: eficiencia luminosa elevada y buena duración (23.000 horas); luminancia de tipo medio.

Desventajas: la luz emitida es monocromática (amarilla) y los colores de los cuerpos iluminados resultan alterados desfavorablemente. Requieren equipo auxiliar para la alimentación y solo transcurridos unos 10 o 15 minutos después de la conexión inicial se alcanza un 80% de la emisión máxima; bajo factor de potencia (sobre un 0,30), por lo que hay que corregir la fase; dimensiones considerables.

Lámparas de sodio de alta presión.

Producen luz predominantemente amarilla con algo de rojo, azul y verde. El resultado es un color dorado. Apropiadas para iluminación de áreas de producción donde los colores no sean un factor crítico.

Aplicación: iluminación de grandes arterias, plazas y zonas aeropuertarias, edificios y monumentos.

Ventajas: eficiencia luminosa óptima; larga duración (unas 23.000 horas); buen rendimiento cromático; se pueden emplear sustituyendo a las de vapor de mercurio cuando se requiere elevado nivel de iluminación y reducción de potencia instalada.

Desventajas: empleo de equipo auxiliar para el encendido y la alimentación; factor de potencia bajo (sobre 0,50), hay que corregir la fase.

Posibles medidas de ahorro en iluminación.

El consumo en iluminación puede representar un porcentaje elevado del consumo total de energía en poblaciones, en empresas de servicios o en el hogar. Algunas medidas que pueden contribuir a reducir ese consumo son las siguientes:

• Reducir el nivel de iluminación al estrictamente necesario, iluminar con baja intensidad el recinto y con lámparas puntuales los puntos de trabajo.
• Emplear lámparas de alto rendimiento. Estudiar la relación coste de explotación / coste de adquisición.
• Mantener las lámparas limpias (incluido luminarias, techos, paredes, ventanas).
• Aumentar la reflectividad de los locales iluminados, por ejemplo pintando los interiores con colores claros.
• En áreas que precisen distintos niveles de iluminación con periodicidad variable, resulta aconsejable instalar reguladores de intensidad luminosa.
• Emplear reactancias de elevado factor de potencia.
• Aprovechar y optimizar el uso de la luz diurna siempre que sea posible (utilizar superficies reflectoras adyacentes a las ventanas, instalar claraboyas, etc.).
• Sectorizar los circuitos de iluminación, de modo que se puedan conectar solamente las lámparas necesarias en la zona de trabajo.
• Instalar interruptores de tiempo / células fotoeléctricas (interruptor "crepuscular") para controlar el sistema de iluminación.

Por último, en la gráfica siguiente se observa el impacto sobre la reducción del consumo de alguna de las medidas de ahorro.
 

Bibliografía:

• Guía Iberdrola para un buen uso de la energía eléctrica.

• Pere Esquerra Piza. Dispositivos y sistemas para el ahorro de energía. Ed. Marcombo. Barcelona 1988.

• Revista Eficiència Energètica. Nº 116 Optimització Energètica en el Camp de l’Enllumenat. Marzo 1994.

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