Una bombilla incandescente , lámpara incandescente o globo de luz incandescente es una luz eléctrica con un filamento que se calienta hasta brillar . El filamento está encerrado en una ampolla de vidrio a la que se le hace vacío o se llena con gas inerte para proteger el filamento de la oxidación . La corriente eléctrica se suministra al filamento mediante terminales o cables incrustados en el vidrio. Un portalámparas proporciona soporte mecánico y conexiones eléctricas.
Las bombillas incandescentes se fabrican en una amplia gama de tamaños, potencia lumínica y voltajes nominales, desde 1,5 voltios hasta aproximadamente 300 voltios. No requieren equipo de regulación externo , tienen bajos costos de fabricación y funcionan igualmente bien con corriente alterna o continua . Como resultado, la bombilla incandescente se utilizó ampliamente en la iluminación doméstica y comercial, para iluminación portátil como lámparas de mesa, faros de automóviles y linternas , y para iluminación decorativa y publicitaria.
Las bombillas incandescentes son mucho menos eficientes que otros tipos de iluminación eléctrica. Menos del 5% de la energía que consumen se convierte en luz visible; el resto se pierde en forma de calor. [1] [2] La eficacia luminosa de una bombilla incandescente típica para funcionamiento a 120 V es de 16 lúmenes por vatio (lm/W), en comparación con los 60 lm/W de una bombilla fluorescente compacta o los 100 lm/W de las típicas lámparas LED blancas. . [3]
El calor producido por los filamentos se utiliza en algunas aplicaciones, como lámparas de calor en incubadoras , lámparas de lava y el juguete Easy-Bake Oven . Los calentadores infrarrojos halógenos con envoltura de cuarzo se utilizan para procesos industriales como el curado de pintura y la calefacción de espacios.
Las bombillas incandescentes suelen tener una vida útil corta en comparación con otros tipos de iluminación; alrededor de 1.000 horas para las bombillas domésticas, frente a las 10.000 horas habituales para las fluorescentes compactas y entre 20.000 y 30.000 horas para las luces LED. La mayoría de las bombillas incandescentes pueden sustituirse por lámparas fluorescentes , lámparas de descarga de alta intensidad y lámparas de diodos emisores de luz (LED). Algunos gobiernos han comenzado a eliminar gradualmente las bombillas incandescentes para reducir el consumo de energía.
Los historiadores Robert Friedel y Paul Israel enumeran a los inventores de lámparas incandescentes anteriores a Joseph Swan y Thomas Edison de General Electric. [4] : 91–93 Concluyen que la versión de Edison fue la primera implementación práctica, capaz de superar a las demás debido a una combinación de cuatro factores: un material incandescente eficaz; un vacío superior al de otras implementaciones que se logró mediante el uso de una bomba Sprengel ; una alta resistencia que hizo económicamente viable la distribución de energía desde una fuente centralizada, y el desarrollo de los componentes asociados necesarios para un sistema de iluminación a gran escala.
El historiador Thomas Hughes ha atribuido el éxito de Edison a su desarrollo de un sistema completo e integrado de iluminación eléctrica.
La lámpara era un pequeño componente de su sistema de iluminación eléctrica y no era más importante para su funcionamiento eficaz que el generador Edison Jumbo , la tubería principal y el alimentador de Edison y el sistema de distribución en paralelo. Otros inventores con generadores y lámparas incandescentes, y con ingenio y excelencia comparables, han sido olvidados durante mucho tiempo porque sus creadores no presidieron su introducción en un sistema de iluminación .
— Thomas P. Hughes, en Technology at the Turning Point , editado por WB Pickett [5] [6]
En 1761, Ebenezer Kinnersley demostró cómo calentar un alambre hasta alcanzar la incandescencia . [8] Sin embargo, dichos cables tendían a derretirse u oxidarse muy rápidamente (quemarse) en presencia de aire. [9] Limelight se convirtió en una forma popular de iluminación escénica a principios del siglo XIX, calentando un trozo de óxido de calcio hasta alcanzar la incandescencia con un soplete de oxihidrógeno . [10]
En 1802, Humphry Davy utilizó lo que describió como "una batería de inmenso tamaño", [11] compuesta por 2.000 celdas alojadas en el sótano de la Royal Institution de Gran Bretaña, [12] para crear una luz incandescente haciendo pasar la corriente a través de una fina tira de platino , elegida porque el metal tenía un punto de fusión extremadamente alto . No fue lo suficientemente brillante ni duró lo suficiente como para ser práctico, pero sentó el precedente detrás de los esfuerzos de decenas de experimentadores durante los siguientes 75 años. [13] Davy también demostró el arco eléctrico , pasando una alta corriente entre dos trozos de carbón. Durante los siguientes 40 años se investigó mucho para convertir la lámpara de arco de carbono en un medio práctico de iluminación. [14] El arco de carbono en sí era tenue y de color violeta, emitiendo la mayor parte de su energía en el ultravioleta, pero el electrodo positivo se calentó justo por debajo del punto de fusión del carbono y brillaba muy intensamente con una incandescencia muy cercana a la de la luz solar. [15] Las lámparas de arco quemaron sus varillas de carbono muy rápidamente, expulsaron monóxido de carbono peligroso y tendieron a producir potencias de decenas de kilovatios. Por lo tanto, sólo eran prácticas para iluminar grandes áreas, por lo que los investigadores continuaron buscando una manera de fabricar lámparas adecuadas para uso doméstico. [dieciséis]
Durante los primeros tres cuartos del siglo XIX, muchos experimentadores trabajaron con diversas combinaciones de alambres de platino o iridio, varillas de carbono y recintos evacuados o semivacíos. Muchos de estos dispositivos fueron demostrados y algunos fueron patentados. [17]
En 1835, James Bowman Lindsay demostró una luz eléctrica constante en una reunión pública en Dundee, Escocia . Afirmó que podía "leer un libro a una distancia de un pie y medio". Sin embargo, no desarrolló más la luz eléctrica. [18]
En 1838, el litógrafo belga Marcellin Jobard inventó una bombilla incandescente con atmósfera de vacío utilizando un filamento de carbono. [19]
En 1840, el científico británico Warren De la Rue encerró un filamento de platino enrollado en un tubo de vacío y pasó una corriente eléctrica a través de él. El diseño se basó en el concepto de que el alto punto de fusión del platino le permitiría operar a altas temperaturas y que la cámara evacuada contendría menos moléculas de gas para reaccionar con el platino, mejorando su longevidad. Aunque era un diseño viable, el coste del platino lo hacía poco práctico para uso comercial.
En 1841, Frederick de Moleyns de Inglaterra obtuvo la primera patente para una lámpara incandescente, con un diseño que utilizaba cables de platino contenidos dentro de una bombilla de vacío. También utilizó carbono. [20] [21]
En 1845, el estadounidense John W. Starr patentó una bombilla incandescente que utilizaba filamentos de carbono. [22] [23] Su invento nunca se produjo comercialmente. [24]
En 1851, Jean Eugène Robert-Houdin hizo una demostración pública de bombillas incandescentes en su finca de Blois, Francia. Sus bombillas se exponen en el museo del castillo de Blois . [a]
En 1859, Moses G. Farmer construyó una bombilla eléctrica incandescente utilizando un filamento de platino. [25] Thomas Edison vio más tarde una de estas bombillas en una tienda de Boston y le pidió consejo a Farmer sobre el negocio de la luz eléctrica.
En 1872, el ruso Alexander Lodygin inventó una bombilla incandescente y obtuvo una patente rusa en 1874. Utilizó como quemador dos varillas de carbón de sección reducida en un recipiente de vidrio, sellado herméticamente y lleno de nitrógeno, dispuesto eléctricamente de manera que la corriente pudiera pasar. pasar al segundo carbón cuando el primero se haya consumido. [26] Posteriormente vivió en Estados Unidos, cambió su nombre por el de Alexander de Lodyguine y solicitó y obtuvo patentes para lámparas incandescentes con filamentos de cromo , iridio , rodio , rutenio , osmio , molibdeno y tungsteno , [27] y una bombilla que utilizaba un El filamento de molibdeno se demostró en la exposición mundial de 1900 en París. [28]
El 24 de julio de 1874, Henry Woodward y Mathew Evans presentaron una patente canadiense para una lámpara que constaba de varillas de carbono montadas en un cilindro de vidrio lleno de nitrógeno. No lograron comercializar su lámpara y vendieron los derechos de su patente ( patente estadounidense 181.613 ) a Thomas Edison en 1879 (Edison necesitaba la propiedad del novedoso reclamo de lámparas conectadas en un circuito paralelo). [29] [30]
El 4 de marzo de 1880, apenas cinco meses después de la bombilla de Edison, Alessandro Cruto creó su primera lámpara incandescente. Cruto produjo un filamento mediante la deposición de grafito sobre finos filamentos de platino, calentándolo con una corriente eléctrica en presencia de alcohol etílico gaseoso . Calentar este platino a altas temperaturas deja tras de sí finos filamentos de platino recubiertos con grafito puro. En septiembre de 1881 había logrado una versión exitosa de este: el primer filamento sintético. La bombilla inventada por Cruto duraba quinientas horas frente a las cuarenta de la versión original de Edison. En la Exposición Eléctrica de Munich de 1882 en Baviera, Alemania, la lámpara de Cruto era más eficiente que la de Edison y producía una luz blanca mejor. [31]
En 1893, Heinrich Göbel afirmó haber diseñado la primera bombilla incandescente en 1854, con un fino filamento de bambú carbonizado de alta resistencia, cables de platino en una envoltura totalmente de vidrio y un alto vacío. Los jueces de cuatro tribunales plantearon dudas sobre la supuesta anticipación de Göbel , pero nunca hubo una decisión en una audiencia final debido a la expiración de la patente de Edison. Un trabajo de investigación publicado en 2007 concluyó que la historia de las lámparas Göbel en la década de 1850 es ficticia. [32]
Joseph Swan (1828-1914) fue un físico y químico británico. En 1850, comenzó a trabajar con filamentos de papel carbonizados en una ampolla de vidrio al vacío. En 1860, pudo demostrar un dispositivo que funcionaba, pero la falta de un buen vacío y un suministro adecuado de electricidad dieron como resultado una vida útil corta de la bombilla y una fuente de luz ineficiente. A mediados de la década de 1870 se disponía de mejores bombas y Swan volvió a sus experimentos. [33]
Con la ayuda de Charles Stearn, un experto en bombas de vacío, en 1878, Swan desarrolló un método de procesamiento que evitaba el ennegrecimiento temprano de los bulbos. Recibió una patente británica en 1880. [34] El 18 de diciembre de 1878, se mostró una lámpara que utilizaba una delgada varilla de carbono en una reunión de la Sociedad Química de Newcastle, y Swan hizo una demostración de funcionamiento en su reunión del 17 de enero de 1879. Fue También se mostró a 700 personas que asistieron a una reunión de la Sociedad Literaria y Filosófica de Newcastle upon Tyne el 3 de febrero de 1879. [35] Estas lámparas utilizaban una varilla de carbono de una lámpara de arco en lugar de un filamento delgado. Por lo tanto, tenían baja resistencia y requerían conductores muy grandes para suministrar la corriente necesaria, por lo que no eran comercialmente prácticos, aunque sí proporcionaron una demostración de las posibilidades de la iluminación incandescente con un vacío relativamente alto, un conductor de carbono y cables conductores de platino. . Esta bombilla duró unas 40 horas. [35] Swan luego centró su atención en producir un mejor filamento de carbono y los medios para unir sus extremos. Ideó un método para tratar el algodón para producir "hilo apergaminado" a principios de la década de 1880 y obtuvo la patente británica 4933 ese mismo año. [34] A partir de este año comenzó a instalar bombillas en hogares y lugares emblemáticos de Inglaterra. Su casa, Underhill, Low Fell, Gateshead , fue la primera en el mundo en estar iluminada por una bombilla. A principios de la década de 1880 había fundado su empresa. [36] En 1881, el Teatro Savoy en la ciudad de Westminster , Londres, fue iluminado por bombillas incandescentes Swan, que fue el primer teatro y el primer edificio público del mundo en estar iluminado completamente con electricidad. [37] La primera calle del mundo iluminada por una bombilla incandescente fue Mosley Street, Newcastle upon Tyne , Reino Unido . Fue iluminado por la lámpara incandescente de Joseph Swan el 3 de febrero de 1879. [38] [39]
Thomas Edison inició una investigación seria para desarrollar una lámpara incandescente práctica en 1878. Edison presentó su primera solicitud de patente para la "Mejora de la iluminación eléctrica" el 14 de octubre de 1878. [40] Después de muchos experimentos, primero con carbono a principios de la década de 1880 y luego con platino y otros metales, al final Edison volvió a un filamento de carbono. [41] La primera prueba exitosa fue el 22 de octubre de 1879, [42] [43] y duró 13,5 horas. Edison continuó mejorando este diseño y el 4 de noviembre de 1879 solicitó una patente estadounidense para una lámpara eléctrica que utilizaba "un filamento o tira de carbono enrollado y conectado... a cables de contacto de platino". [44] Aunque la patente describía varias formas de crear el filamento de carbono, incluido el uso de "hilos de algodón y lino, tablillas de madera y papeles enrollados de varias maneras", [44] Edison y su equipo descubrieron más tarde que un filamento de bambú carbonizado podía durar más de 1200 horas. [45] En 1880, el vapor Columbia de la Oregon Railroad and Navigation Company se convirtió en la primera aplicación de las lámparas eléctricas incandescentes de Edison (también fue el primer barco en utilizar una dinamo ). [46] [47] [48]
Albon Man, un abogado de Nueva York, fundó Electro-Dynamic Light Company en 1878 para explotar sus patentes y las de William Sawyer . [49] [50] Semanas después se organizó la United States Electric Lighting Company. [49] [50] [51] Esta empresa no realizó su primera instalación comercial de lámparas incandescentes hasta el otoño de 1880, en Mercantile Safe Deposit Company en la ciudad de Nueva York, aproximadamente seis meses después de que las lámparas incandescentes Edison se instalaran en la Colombia . Hiram S. Maxim era el ingeniero jefe de la United States Electric Lighting Company. [52] Después del gran éxito en los Estados Unidos, la bombilla incandescente patentada por Edison también comenzó a ganar gran popularidad en Europa ; entre otros lugares, las primeras bombillas Edison en los países nórdicos se instalaron en la sala de tejido de la fábrica textil de Finlayson en Tampere, Finlandia, en marzo de 1882. [53]
Lewis Latimer , empleado en ese momento por Edison, desarrolló un método mejorado de tratamiento térmico de filamentos de carbono que reducía la rotura y permitía moldearlos en formas novedosas, como la característica forma "M" de los filamentos Maxim. El 17 de enero de 1882, Latimer recibió una patente para el "Proceso de fabricación de carbonos", un método mejorado para la producción de filamentos de bombillas, que fue adquirida por la United States Electric Light Company. [54] Latimer patentó otras mejoras, como una mejor forma de unir filamentos a sus soportes de alambre. [55]
En Gran Bretaña, las empresas Edison y Swan se fusionaron en Edison and Swan United Electric Company (más tarde conocida como Ediswan y finalmente incorporada a Thorn Lighting Ltd ). Inicialmente, Edison estaba en contra de esta combinación, pero finalmente se vio obligado a cooperar y se realizó la fusión. Finalmente, Edison adquirió todas las participaciones de Swan en la empresa. Swan vendió sus derechos de patente estadounidense a Brush Electric Company en junio de 1882.
La Oficina de Patentes de los Estados Unidos dictaminó el 8 de octubre de 1883 que las patentes de Edison se basaban en el estado de la técnica de William Sawyer y no eran válidas. El litigio continuó durante varios años. Finalmente, el 6 de octubre de 1889, un juez dictaminó que la afirmación de Edison de mejorar la luz eléctrica por "un filamento de carbono de alta resistencia" era válida. [56]
La principal dificultad para evacuar las lámparas fue la humedad dentro de la bombilla, que se partía cuando se encendía la lámpara, provocando que el oxígeno atacara el filamento. [57] En la década de 1880, el anhídrido fosfórico se utilizaba en combinación con costosas bombas de vacío de mercurio . [58] Sin embargo, alrededor de 1893, el inventor italiano Arturo Malignani (1865-1939), que carecía de estas bombas, descubrió que los vapores de fósforo hacían el trabajo de unir químicamente las cantidades restantes de agua y oxígeno. [57] [58] En 1896 patentó un proceso de introducción de fósforo rojo como el llamado getter en el interior de la bombilla [57] ), que permitió obtener bombillas económicas con una duración de 800 horas; su patente fue adquirida por Edison en 1898. [33]
En 1897, el físico y químico alemán Walther Nernst desarrolló la lámpara Nernst , una forma de lámpara incandescente que utilizaba una esfera de cerámica y no requería estar encerrada en el vacío ni en un gas inerte. [59] [60] Las lámparas Nernst, dos veces más eficientes que las lámparas de filamento de carbono, fueron brevemente populares hasta que fueron superadas por las lámparas que utilizaban filamentos metálicos.
La patente US575002A del 1 de diciembre de 1897 a Alexander Lodyguine (Lodygin, Rusia) describe un filamento hecho de metales raros, entre ellos el tungsteno. Lodygin inventó un proceso en el que metales raros como el tungsteno se pueden tratar químicamente y vaporizar con calor sobre un alambre similar a un hilo calentado eléctricamente (platino, carbono, oro) que actúa como una base temporal o forma esquelética. (Patente estadounidense 575.002). Posteriormente, Lodygin vendió los derechos de patente a GE. En 1902, Siemens desarrolló un filamento de lámpara de tantalio que era más eficiente que incluso los filamentos de carbono grafitizado, ya que podían funcionar a temperaturas más altas. Dado que el metal de tantalio tiene una resistividad menor que el carbono, el filamento de la lámpara de tantalio era bastante largo y requería múltiples soportes internos. El filamento metálico se fue acortando gradualmente con el uso; los filamentos se instalaron con grandes bucles flojos. Las lámparas utilizadas durante varios cientos de horas se volvieron bastante frágiles. [61] Los filamentos metálicos tenían la propiedad de romperse y volverse a soldar, aunque esto generalmente disminuiría la resistencia y acortaría la vida útil del filamento. General Electric compró los derechos para utilizar filamentos de tantalio y los produjo en Estados Unidos hasta 1913. [62]
Desde 1898 hasta aproximadamente 1905, el osmio también se utilizó como filamento en las lámparas fabricadas por Carl Auer von Welsbach . El metal era tan caro que las lámparas usadas podían devolverse mediante un crédito parcial. [63] No se pudo fabricar para 110 V o 220 V, por lo que se conectaron varias lámparas en serie para usar en circuitos de voltaje estándar. Estos se vendieron principalmente en Europa.
El 13 de diciembre de 1904, el húngaro Sándor Just y el croata Franjo Hanaman obtuvieron una patente húngara (n° 34541) para una lámpara de filamento de tungsteno que duraba más y daba una luz más brillante que el filamento de carbono. [33] Las lámparas de filamento de tungsteno fueron comercializadas por primera vez por la empresa húngara Tungsram en 1904. Este tipo a menudo se denomina bombillas Tungsram en muchos países europeos. [64] Llenar una bombilla con un gas inerte como argón o nitrógeno ralentiza la evaporación del filamento de tungsteno en comparación con operarlo en vacío. Esto permite mayores temperaturas y, por lo tanto, una mayor eficacia con una menor reducción en la vida útil del filamento. [sesenta y cinco]
En 1906, William D. Coolidge desarrolló un método para fabricar "tungsteno dúctil" a partir de tungsteno sinterizado que podía convertirse en filamentos mientras trabajaba para General Electric Company . [66] En 1911, General Electric había comenzado a vender bombillas incandescentes con alambre de tungsteno dúctil. [67]
En 1913, Irving Langmuir descubrió que llenar una lámpara con gas inerte en lugar de vacío daba como resultado el doble de eficacia luminosa y un menor ennegrecimiento de la bombilla. [ cita necesaria ]
En 1917, Burnie Lee Benbow obtuvo una patente para el filamento en espiral , en el que un filamento en espiral se envuelve luego en una bobina mediante el uso de un mandril . [68] [69] En 1921, Junichi Miura creó la primera bombilla de doble bobina utilizando un filamento de tungsteno en espiral mientras trabajaba para Hakunetsusha (un predecesor de Toshiba ). En ese momento, no existía maquinaria para producir en masa filamentos helicoidales. Hakunetsusha desarrolló un método para producir en masa filamentos en espiral en 1936. [70]
Entre 1924 y el estallido de la Segunda Guerra Mundial, el cartel Phoebus intentó fijar precios y cuotas de ventas para los fabricantes de bombillas fuera de América del Norte. [71]
En 1925, Marvin Pipkin , un químico estadounidense, patentó un proceso para congelar el interior de las bombillas sin debilitarlas. [72] En 1947, patentó un proceso para recubrir el interior de las lámparas con sílice . [73]
En 1930, el húngaro Imre Bródy llenó lámparas con gas criptón en lugar de argón y diseñó un proceso para obtener criptón del aire. La producción de lámparas llenas de criptón basadas en su invento comenzó en Ajka en 1937, en una fábrica codiseñada por Polányi y el físico húngaro Egon Orowan . [74]
En 1964, las mejoras en la eficiencia y la producción de lámparas incandescentes habían reducido el costo de proporcionar una determinada cantidad de luz en un factor de treinta, en comparación con el costo de la introducción del sistema de iluminación de Edison. [75]
El consumo de bombillas incandescentes creció rápidamente en Estados Unidos. En 1885, se estima que se vendieron 300.000 lámparas de iluminación general, todas con filamentos de carbono. Cuando se introdujeron los filamentos de tungsteno, existían alrededor de 50 millones de casquillos de lámpara en Estados Unidos. En 1914 se utilizaban 88,5 millones de lámparas (sólo el 15% con filamentos de carbono) y en 1945 las ventas anuales de lámparas ascendían a 795 millones (más de 5 lámparas por persona al año). [76]
Menos del 5% de la energía consumida por una bombilla incandescente típica se convierte en luz visible, y la mayor parte del resto se emite como radiación infrarroja invisible. [1] [77] Las bombillas se clasifican según su eficacia luminosa , que es la relación entre la cantidad de luz visible emitida ( flujo luminoso ) y la energía eléctrica consumida. [78] La eficacia luminosa se mide en lúmenes por vatio (lm/W).
La eficiencia luminosa de una fuente se define como la relación entre su eficacia luminosa y la máxima eficacia luminosa posible, que es de 683 lm/W. [79] [80] Una fuente de luz blanca ideal podría producir alrededor de 250 lúmenes por vatio, lo que corresponde a una eficiencia luminosa del 37%. [81]
Para una determinada cantidad de luz, una bombilla incandescente consume más energía y emite más calor que la mayoría de los otros tipos de luz eléctrica. En edificios donde se utiliza aire acondicionado , la producción de calor de las lámparas incandescentes aumenta la carga en el sistema de aire acondicionado. [82] Si bien el calor de las luces reducirá la necesidad de hacer funcionar el sistema de calefacción de un edificio, este último generalmente puede producir la misma cantidad de calor a un costo menor que las luces incandescentes.
El siguiente cuadro enumera la eficacia y eficiencia luminosa de varios tipos de bombillas incandescentes. Un gráfico más largo de eficacia luminosa compara una gama más amplia de fuentes de luz.
El espectro de luz producido por una lámpara incandescente se aproxima mucho al de un radiador de cuerpo negro a la misma temperatura. [84] La base de las fuentes de luz utilizadas como estándar para la percepción del color es una lámpara incandescente de tungsteno que funciona a una temperatura definida. [85]
Las fuentes de luz como las lámparas fluorescentes, las lámparas de descarga de alta intensidad y las lámparas LED tienen una mayor eficiencia luminosa. Estos dispositivos producen luz por luminiscencia . Su luz tiene bandas de longitudes de onda características, sin la "cola" de las emisiones infrarrojas invisibles, en lugar del espectro continuo producido por una fuente térmica. Mediante una cuidadosa selección de recubrimientos de fósforo fluorescente o filtros que modifican la distribución espectral, el espectro emitido se puede sintonizar para imitar la apariencia de fuentes incandescentes u otras temperaturas de color diferentes de la luz blanca. Cuando se utilizan para tareas sensibles al color, como la iluminación de películas, estas fuentes pueden requerir técnicas particulares para duplicar la apariencia de la iluminación incandescente. [86] El metamerismo describe el efecto de diferentes distribuciones del espectro de luz en la percepción del color.
El coste inicial de una bombilla incandescente es pequeño en comparación con el coste de la energía que utiliza durante su vida útil. Las bombillas incandescentes tienen una vida útil más corta que la mayoría de los demás tipos de iluminación, un factor importante si el reemplazo es inconveniente o costoso. Algunos tipos de lámparas, incluidas las incandescentes y las fluorescentes, emiten menos luz a medida que envejecen; Esto puede ser un inconveniente o puede reducir la vida útil efectiva debido al reemplazo de la lámpara antes de que falle por completo. Una comparación del costo operativo de las lámparas incandescentes con otras fuentes de luz debe incluir los requisitos de iluminación, el costo de la lámpara y el costo de mano de obra para reemplazar las lámparas (teniendo en cuenta la vida útil efectiva de la lámpara), el costo de la electricidad utilizada y el efecto del funcionamiento de la lámpara en los sistemas de calefacción y aire acondicionado. . Cuando se utiliza para iluminación en casas y edificios comerciales, la energía perdida en calor puede aumentar significativamente la energía requerida por el sistema de aire acondicionado de un edificio . Durante la temporada de calefacción, el calor producido por las bombillas no se desperdicia, [87] aunque en la mayoría de los casos es más rentable obtener calor del sistema de calefacción. De todos modos, en el transcurso de un año, un sistema de iluminación más eficiente ahorra energía en casi todos los climas. [88]
Dado que las bombillas incandescentes utilizan más energía que alternativas como las CFL y las lámparas LED , muchos gobiernos han introducido medidas para prohibir su uso, estableciendo estándares mínimos de eficacia más altos que los que pueden alcanzar las lámparas incandescentes. Se han implementado medidas para prohibir las bombillas en la Unión Europea, Estados Unidos, Rusia, Brasil, Argentina, Canadá y Australia, entre otros. La Comisión Europea ha calculado que la prohibición aporta entre 5.000 y 10.000 millones de euros a la economía y ahorra 40 TWh de electricidad cada año, lo que se traduce en una reducción de las emisiones de CO 2 de 15 millones de toneladas. [89] [90]
Las objeciones a la prohibición del uso de bombillas incandescentes incluyen el mayor coste inicial de las alternativas y la menor calidad de la luz de las lámparas fluorescentes. [91] Algunas personas están preocupadas por los efectos de las lámparas fluorescentes en la salud. [92]
Se han llevado a cabo algunas investigaciones para mejorar la eficacia de las lámparas incandescentes comerciales. En 2007, General Electric anunció un proyecto de lámpara incandescente de alta eficiencia (HEI), que, según afirmaba, sería en última instancia hasta cuatro veces más eficiente que las incandescentes actuales, aunque su objetivo de producción inicial era aproximadamente el doble de eficiente. [93] [94] El programa HEI finalizó en 2008 debido al lento progreso. [95] [96]
La investigación del Departamento de Energía de Estados Unidos en los Laboratorios Nacionales Sandia indicó inicialmente el potencial de una eficiencia dramáticamente mejorada a partir de un filamento de red fotónica . [93] Sin embargo, trabajos posteriores indicaron que los resultados inicialmente prometedores eran erróneos. [97]
Impulsado por la legislación de varios países que exige una mayor eficiencia de las bombillas, Philips ha introducido las bombillas incandescentes híbridas . Las incandescentes Halogena Energy Saver pueden producir alrededor de 23 lm/W; alrededor de un 30 por ciento más eficientes que las incandescentes tradicionales, al utilizar una cápsula reflectante para reflejar la radiación infrarroja que antes se desperdiciaba hacia el filamento, del cual parte se reemite como luz visible. [91] Duro-Test fue pionero en este concepto en 1980 con un producto comercial que producía 29,8 lm/W. [98] [99] Los reflectores más avanzados basados en filtros de interferencia o cristales fotónicos pueden teóricamente dar como resultado una mayor eficiencia, hasta un límite de aproximadamente 270 lm/W (40% de la eficacia máxima posible). [100] Los experimentos de laboratorio de prueba de concepto han producido hasta 45 lm/W, acercándose a la eficacia de las bombillas fluorescentes compactas. [100] [101]
Las bombillas incandescentes consisten en una carcasa de vidrio hermética (la envoltura o bombilla) con un filamento de alambre de tungsteno dentro de la bombilla, a través del cual pasa una corriente eléctrica . Los cables de contacto y una base con dos (o más) conductores proporcionan conexiones eléctricas al filamento. Las bombillas incandescentes suelen contener un vástago o soporte de vidrio anclado a la base de la bombilla que permite que los contactos eléctricos atraviesen la envoltura sin fugas de aire o gas. Pequeños cables incrustados en el vástago sostienen a su vez el filamento y sus cables conductores.
Una corriente eléctrica calienta el filamento normalmente a 2000 a 3300 K (1730 a 3030 °C; 3140 a 5480 °F), muy por debajo del punto de fusión del tungsteno de 3695 K (3422 °C; 6191 °F). Las temperaturas de los filamentos dependen del tipo, la forma, el tamaño y la cantidad de corriente consumida. El filamento calentado emite luz que se aproxima a un espectro continuo . La parte útil de la energía emitida es luz visible , pero la mayor parte de la energía se desprende en forma de calor en las longitudes de onda del infrarrojo cercano .
La mayoría de las bombillas tienen vidrio transparente o revestido. Las bombillas de vidrio recubiertas tienen arcilla de caolín soplada y depositada electrostáticamente en el interior de la bombilla. La capa de polvo difunde la luz del filamento. Se pueden agregar pigmentos a la arcilla para ajustar el color de la luz emitida. Las bombillas de caolín se utilizan ampliamente en la iluminación interior debido a su luz comparativamente suave. También se fabrican otros tipos de bombillas de colores, incluidos los distintos colores utilizados para las "bombillas de fiesta", las luces del árbol de Navidad y otras luces decorativas. Estos se crean coloreando el vidrio con un dopante ; que suele ser un metal como el cobalto (azul) o el cromo (verde). [102] A veces se utiliza vidrio que contiene neodimio para proporcionar una luz de apariencia más natural.
La bombilla de vidrio de una lámpara de servicio general puede alcanzar temperaturas entre 200 y 260 °C (392 y 500 °F). Las lámparas destinadas a un funcionamiento de alta potencia o utilizadas con fines de calefacción tendrán envolturas de vidrio duro o cuarzo fundido . [75]
Si la envoltura de una bombilla tiene fugas, el filamento de tungsteno caliente reacciona con el aire, produciendo un aerosol de nitruro de tungsteno marrón , dióxido de tungsteno marrón, pentóxido de tungsteno azul violeta y trióxido de tungsteno amarillo que luego se deposita en las superficies cercanas o en el interior de la bombilla.
La mayoría de las bombillas modernas están llenas de un gas inerte para reducir la evaporación del filamento y evitar su oxidación . El gas está a una presión de aproximadamente 70 kPa (0,7 atm). [103]
El gas reduce la evaporación del filamento, pero el relleno debe elegirse con cuidado para evitar pérdidas de calor importantes. Para estas propiedades, es deseable la inercia química y un peso atómico o molecular elevado. La presencia de moléculas de gas devuelve los átomos de tungsteno liberados al filamento, [ cita necesaria ] reduciendo su evaporación y permitiendo que funcione a temperaturas más altas sin reducir su vida útil (o, para operar a la misma temperatura, prolonga la vida útil del filamento) . Por otro lado, la presencia del gas provoca una pérdida de calor del filamento (y, por lo tanto, una pérdida de eficiencia debido a la reducción de la incandescencia) por conducción y convección de calor .
Las primeras lámparas utilizaban sólo vacío para proteger el filamento del oxígeno. El vacío aumenta la evaporación del filamento pero elimina dos modos de pérdida de calor. Algunas lámparas pequeñas y modernas también utilizan vacío.
Los rellenos más utilizados son: [104]
El llenado de gas debe estar libre de restos de agua, lo que acelera enormemente el ennegrecimiento de la bombilla (ver más abajo).
La capa de gas cercana al filamento (llamada capa de Langmuir) está estancada y la transferencia de calor se produce únicamente por conducción. Sólo a cierta distancia se produce la convección para llevar calor a la envoltura de la bombilla.
La orientación del filamento influye en la eficiencia. El flujo de gas paralelo al filamento, por ejemplo, una bombilla orientada verticalmente con un filamento vertical (o axial), reduce las pérdidas por convección.
La eficiencia de la lámpara aumenta con un diámetro de filamento mayor. Las bombillas de filamento fino y bajo consumo se benefician menos del gas de relleno, por lo que a menudo sólo se evacuan.
Las primeras bombillas con filamentos de carbono también utilizaban monóxido de carbono , nitrógeno o vapor de mercurio . Sin embargo, los filamentos de carbono funcionan a temperaturas más bajas que los de tungsteno, por lo que el efecto del gas de relleno no fue significativo ya que las pérdidas de calor contrarrestaron cualquier beneficio.
Las primeras bombillas se ensamblaban laboriosamente a mano. Después de que se desarrolló la maquinaria automática, el costo de las bombillas bajó. Hasta 1910, cuando la máquina Westlake de Libbey entró en producción, las bombillas las producía generalmente un equipo de tres trabajadores (dos recolectores y un maestro maestro) que soplaban las bombillas en moldes de madera o hierro fundido, recubiertos con una pasta. [105] Alrededor de 150 bombillas por hora se producían mediante el proceso de soplado manual en la década de 1880 en Corning Glass Works. [105]
La máquina Westlake, desarrollada por Libbey Glass , se basó en una adaptación de la máquina sopladora de botellas Owens-Libbey. Corning Glass Works pronto comenzó a desarrollar máquinas automáticas de soplado de bombillas de la competencia, la primera de las cuales se utilizó en la producción fue la E-Machine. [105]
Corning continuó desarrollando máquinas automatizadas de producción de bombillas, instalando la Ribbon Machine en 1926 en su fábrica de Wellsboro , Pensilvania. [106] La Ribbon Machine superó cualquier intento anterior de automatizar la producción de bombillas y se utilizó para producir bombillas incandescentes en el siglo XXI. El inventor William Woods, junto con su colega de Corning Glass Works, David E. Gray, habían creado una máquina que en 1939 producía 1.000 bombillas por minuto. [105]
La Ribbon Machine funciona pasando una cinta continua de vidrio a lo largo de una cinta transportadora , calentada en un horno y luego soplada mediante boquillas de aire alineadas con precisión a través de orificios en la cinta transportadora hacia moldes. Así se crean las bombillas o envolturas de vidrio. Una máquina típica de este tipo puede producir entre 50.000 y 120.000 bombillas por hora, dependiendo del tamaño de la bombilla. [107] [108] En la década de 1970, 15 máquinas de cinta instaladas en fábricas de todo el mundo producían todo el suministro de bombillas incandescentes. [109] El filamento y sus soportes se ensamblan en un vástago de vidrio, que luego se fusiona a la bombilla. El aire se bombea fuera del bulbo y el tubo de evacuación de la prensa de vástago se cierra mediante una llama. Luego se inserta la bombilla en la base de la lámpara y se prueba todo el conjunto. El cierre en 2016 de la planta de Osram-Sylvania en Wellsboro, Pensilvania, significó el cierre de una de las últimas máquinas de cinta que quedaban en los Estados Unidos. [109]
El carbono tiene el punto de fusión más alto de cualquier elemento, y en las lámparas de arco de carbono se ha demostrado que produce una incandescencia bastante cercana a la de la luz solar. Sin embargo, el carbono tiende a sublimarse antes de alcanzar su punto de fusión dependiendo de la presión, lo que provoca un rápido ennegrecimiento de las bombillas aspiradas. Los primeros filamentos de bombillas que tuvieron éxito comercial se fabricaron con papel carbonizado o bambú . Los filamentos de carbono tienen un coeficiente de resistencia a la temperatura negativo : a medida que se calientan, su resistencia eléctrica disminuye. Esto hizo que la lámpara fuera sensible a las fluctuaciones en el suministro de energía, ya que un pequeño aumento de voltaje haría que el filamento se calentara, reduciendo su resistencia y provocando que consumiera aún más energía y calor aún más.
Los filamentos de carbono se "recalentaron" calentándolos en vapor de hidrocarburo (generalmente gasolina), para mejorar su resistencia y uniformidad. Los filamentos metalizados o "grafitizados" se calentaron primero a alta temperatura para transformarlos en grafito , lo que fortaleció y alisó aún más el filamento. Estos filamentos tienen un coeficiente de temperatura positivo, como un conductor metálico , que estabiliza las propiedades operativas de las lámparas frente a pequeñas variaciones en la tensión de alimentación.
Los filamentos metálicos se probaron en 1897 [110] y comenzaron a desplazar al carbono alrededor de 1904. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto disponible, pero la fragilidad fue un gran obstáculo. En 1910, William D. Coolidge desarrolló un proceso en General Electric para la producción de una forma dúctil de tungsteno. El proceso requirió prensar polvo de tungsteno en barras, luego varios pasos de sinterización, estampado y luego trefilado. Se descubrió que el tungsteno muy puro formaba filamentos que se combaban con el uso, y que un tratamiento "dopante" muy pequeño con óxidos de potasio, silicio y aluminio a un nivel de unos pocos cientos de partes por millón (el llamado tungsteno AKS) mejoraba enormemente la vida y durabilidad de los filamentos de tungsteno. [111]
El mecanismo predominante de falla en los filamentos de tungsteno, incluso ahora, es el deslizamiento de los límites de grano acomodado por la fluencia difusional. [112] Durante la operación, el alambre de tungsteno se estresa bajo la carga de su propio peso y debido a la difusión que puede ocurrir a altas temperaturas, los granos comienzan a girar y deslizarse. Esta tensión, debido a las variaciones en el filamento, hace que el filamento se doble de manera no uniforme, lo que finalmente introduce más torsión en el filamento. [112] Es esta flacidez la que inevitablemente resulta en una ruptura del filamento, inutilizando la bombilla incandescente. [112]
Para mejorar la eficiencia de la lámpara, el filamento suele constar de múltiples bobinas de alambre fino enrollado, también conocido como bobina enrollada . Las bombillas que utilizan filamentos enrollados a veces se denominan "bombillas de doble bobina". Para una lámpara de 60 vatios y 120 voltios, la longitud desenrollada del filamento de tungsteno suele ser de 580 milímetros (22,8 pulgadas) [75] y el diámetro del filamento es de 0,046 milímetros (0,0018 pulgadas). La ventaja de la bobina enrollada es que la evaporación del filamento de tungsteno se produce a la velocidad de un cilindro de tungsteno que tiene un diámetro igual al de la bobina enrollada. El filamento enrollado se evapora más lentamente que un filamento recto de la misma superficie y poder de emisión de luz. Como resultado, el filamento puede calentarse más, lo que da como resultado una fuente de luz más eficiente y dura más que un filamento recto a la misma temperatura.
Los fabricantes designan diferentes formas de filamentos de lámparas con un código alfanumérico. [113]
Se recomiendan gafas 3D rojo cian para ver esta imagen correctamente.
Se recomiendan gafas 3D rojo cian para ver esta imagen correctamente.Los filamentos eléctricos también se utilizan en cátodos calientes de lámparas fluorescentes y tubos de vacío como fuente de electrones o en tubos de vacío para calentar un electrodo emisor de electrones. Cuando se utilizan como fuente de electrones, pueden tener un recubrimiento especial que aumenta la producción de electrones.
Durante el funcionamiento normal, el tungsteno del filamento se evapora; Los filamentos más calientes y eficientes se evaporan más rápido. [114] Debido a esto, la vida útil de una lámpara de incandescencia es un equilibrio entre eficiencia y longevidad. La compensación generalmente se establece para proporcionar una vida útil de 1000 a 2000 horas para las lámparas utilizadas para iluminación general. Las lámparas teatrales, fotográficas y de proyección pueden tener una vida útil de sólo unas pocas horas, intercambiando la esperanza de vida por un alto rendimiento en una forma compacta. Las lámparas de servicio general de larga duración tienen una eficiencia menor, pero antes del desarrollo de las lámparas incandescentes y LED eran útiles en aplicaciones donde era difícil cambiar la bombilla.
Irving Langmuir descubrió que un gas inerte, en lugar de vacío, retardaría la evaporación. Las bombillas incandescentes de servicio general de más de 25 vatios de potencia ahora están llenas de una mezcla principalmente de argón y algo de nitrógeno , [115] o, a veces, criptón . [116] Si bien el gas inerte reduce la evaporación del filamento, también conduce el calor del filamento, enfriándolo así y reduciendo la eficiencia. A presión y temperatura constantes, la conductividad térmica de un gas depende del peso molecular del gas y del área de la sección transversal de las moléculas del gas. Los gases de mayor peso molecular tienen menor conductividad térmica, porque tanto el peso molecular como el área de la sección transversal son mayores. El gas xenón mejora la eficiencia debido a su alto peso molecular, pero también es más caro, por lo que su uso se limita a lámparas más pequeñas. [117]
Las muescas del filamento se deben a una evaporación desigual del filamento. Pequeñas variaciones en la resistividad a lo largo del filamento hacen que se formen "puntos calientes" en puntos de mayor resistividad; [76] una variación del diámetro de sólo el 1% provocará una reducción del 25% en la vida útil. [75] Dado que la resistencia del filamento depende en gran medida de la temperatura, los puntos con mayor temperatura tendrán mayor resistencia, lo que hará que disipen más energía, haciéndolos más calientes: un circuito de retroalimentación positiva . Estos puntos calientes se evaporan más rápido que el resto del filamento, aumentando permanentemente la resistencia en ese punto. El proceso termina en el pequeño y familiar espacio en un filamento que por lo demás parece saludable.
Las lámparas que funcionan con corriente continua desarrollan irregularidades escalonadas aleatorias en la superficie del filamento que pueden reducir la vida útil a la mitad en comparación con el funcionamiento con CA; Se pueden utilizar diferentes aleaciones de tungsteno y renio para contrarrestar el efecto. [118] [119]
Dado que la rotura del filamento de una bombilla de gas puede formar un arco eléctrico , que puede extenderse entre los terminales y consumir una corriente muy intensa, a menudo se utilizan cables conductores intencionadamente finos o dispositivos de protección más elaborados como fusibles integrados en la bombilla. . [120] Se utiliza más nitrógeno en las lámparas de mayor voltaje para reducir la posibilidad de formación de arcos. [115]
En una lámpara convencional, el tungsteno evaporado eventualmente se condensa en la superficie interna de la envoltura de vidrio, oscureciéndola. Para las bombillas que contienen vacío, el oscurecimiento es uniforme en toda la superficie de la envoltura. Cuando se utiliza un relleno de gas inerte, el tungsteno evaporado es transportado por las corrientes de convección térmica del gas y se deposita preferentemente en la parte más superior de la envoltura, ennegreciendo sólo esa porción de la envoltura. Una lámpara incandescente que proporciona el 93% o menos de su salida de luz inicial al 75% de su vida útil se considera insatisfactoria cuando se prueba de acuerdo con la publicación IEC 60064. La pérdida de luz se debe a la evaporación del filamento y al ennegrecimiento de la bombilla. [121] El estudio del problema del ennegrecimiento de las bombillas condujo al descubrimiento de la emisión termoiónica (el efecto Edison), la invención del tubo de vacío y la deposición por evaporación utilizada para fabricar espejos y otros revestimientos ópticos . [122] [123] [124]
Una cantidad muy pequeña de vapor de agua dentro de una bombilla puede aumentar significativamente el oscurecimiento de la lámpara. El vapor de agua se disocia en hidrógeno y oxígeno en el filamento caliente. El oxígeno ataca el metal de tungsteno y las partículas de óxido de tungsteno resultantes viajan a partes más frías de la lámpara. El hidrógeno del vapor de agua reduce el óxido, reformando el vapor de agua y continuando este ciclo del agua . [76] El equivalente a una gota de agua distribuida en 500.000 lámparas aumentará significativamente el oscurecimiento. [75] Pequeñas cantidades de sustancias como el circonio se colocan dentro de la lámpara como captador para reaccionar con el oxígeno que pueda desprenderse de los componentes de la lámpara durante el funcionamiento. [ cita necesaria ]
Algunas lámparas antiguas de alta potencia utilizadas en teatros, proyecciones, reflectores y faros con filamentos pesados y resistentes contenían polvo de tungsteno suelto dentro del sobre. De vez en cuando, el operador retiraba la bombilla y la agitaba, permitiendo que el polvo de tungsteno eliminara la mayor parte del tungsteno que se había condensado en el interior de la envoltura, eliminando el ennegrecimiento y volviendo a iluminar la lámpara. [125]
La lámpara halógena reduce la evaporación desigual del filamento y elimina el oscurecimiento de la envoltura llenando la lámpara con un gas halógeno a baja presión, junto con un gas inerte. El ciclo halógeno aumenta la vida útil de la bombilla y evita su oscurecimiento al volver a depositar el tungsteno del interior de la bombilla en el filamento. La lámpara halógena puede hacer funcionar su filamento a una temperatura más alta que una lámpara de gas estándar de potencia similar sin pérdida de vida útil. Estas bombillas son mucho más pequeñas que las bombillas incandescentes normales y se utilizan ampliamente cuando se necesita una iluminación intensa en un espacio limitado. Las lámparas de fibra óptica para microscopía óptica son una aplicación típica.
Una variación de la lámpara incandescente no usaba un filamento de alambre caliente, sino que usaba un arco golpeado sobre un electrodo de cuentas esféricas para producir calor. Luego, el electrodo se volvió incandescente y el arco contribuía poco a la luz producida. Estas lámparas se utilizaban para proyección o iluminación de instrumentos científicos como los microscopios . Estas lámparas de arco funcionaban con voltajes relativamente bajos e incorporaban filamentos de tungsteno para iniciar la ionización dentro de la envoltura. Proporcionaban la luz intensa y concentrada de una lámpara de arco , pero eran más fáciles de operar. Desarrolladas alrededor de 1915, estas lámparas fueron desplazadas por las lámparas de arco de mercurio y xenón . [126] [127] [128]
Las lámparas incandescentes son cargas resistivas casi puras con un factor de potencia de 1. A diferencia de las lámparas de descarga o las lámparas LED, la potencia consumida es igual a la potencia aparente en el circuito. Las bombillas incandescentes suelen comercializarse en función de la potencia eléctrica consumida. Esto depende principalmente de la resistencia operativa del filamento. Para dos bombillas del mismo voltaje y tipo, la bombilla de mayor potencia proporciona más luz.
La tabla muestra la salida típica aproximada, en lúmenes , de bombillas incandescentes estándar de 120 voltios en varias potencias. La potencia luminosa de bombillas similares de 230 V es ligeramente menor. El filamento de menor corriente (mayor voltaje) es más delgado y debe funcionar a una temperatura ligeramente más baja para mantener la misma vida útil, lo que reduce la eficiencia energética . [131] Los valores de lúmenes de las bombillas "blancas suaves" generalmente serán ligeramente más bajos que los de las bombillas transparentes con la misma potencia.
La resistencia del filamento depende de la temperatura. La resistencia al frío de las lámparas de filamento de tungsteno es aproximadamente 1/15 de la resistencia en funcionamiento. Por ejemplo, una lámpara de 100 vatios y 120 voltios tiene una resistencia de 144 ohmios cuando está encendida, pero la resistencia al frío es mucho menor (alrededor de 9,5 ohmios). [75] [b] Dado que las lámparas incandescentes son cargas resistivas, se pueden utilizar atenuadores TRIAC de control de fase simples para controlar el brillo. Los contactos eléctricos pueden llevar un símbolo de clasificación "T" que indica que están diseñados para controlar circuitos con la alta corriente de entrada característica de las lámparas de tungsteno. Para una lámpara de servicio general de 100 vatios y 120 voltios, la corriente se estabiliza en aproximadamente 0,10 segundos y la lámpara alcanza el 90% de su brillo total después de aproximadamente 0,13 segundos. [132]
El filamento de una bombilla de tungsteno no es fácil de romper cuando la bombilla está fría, pero los filamentos son más vulnerables cuando están calientes porque el metal incandescente es menos rígido. Un impacto en el exterior de la bombilla puede hacer que el filamento se rompa o experimente un aumento de corriente eléctrica que haga que parte del mismo se derrita o se vaporice. En la mayoría de las bombillas incandescentes modernas, parte del cable dentro de la bombilla actúa como un fusible : si un filamento roto produce un cortocircuito eléctrico dentro de la bombilla, la sección fusible del cable se derretirá y cortará la corriente para evitar daños a las líneas de suministro.
Una bombilla de vidrio caliente puede romperse al entrar en contacto con objetos fríos. Cuando la envoltura de vidrio se rompe, la bombilla implosiona , exponiendo el filamento al aire ambiente. El aire suele destruir entonces el filamento caliente mediante oxidación .
Las designaciones de forma y tamaño de las bombillas se dan en las normas nacionales. Algunas designaciones son una o más letras seguidas de uno o más números, por ejemplo, A55 o PAR38, donde las letras identifican la forma y los números algún tamaño característico.
Las normas nacionales como ANSI C79.1-2002, IS 14897:2000 [133] y JIS C 7710:1988 [134] cubren una terminología común para las formas de las bombillas.
Las lámparas grandes pueden tener una base de tornillo o una base de bayoneta , con uno o más contactos en la base. La carcasa puede servir como contacto eléctrico o sólo como soporte mecánico. Las lámparas con base de bayoneta se utilizan con frecuencia en lámparas de automóviles para resistir el aflojamiento por vibración. Algunas lámparas tubulares tienen un contacto eléctrico en cada extremo. Las lámparas en miniatura pueden tener una base en forma de cuña y contactos de cables, y algunas lámparas para automóviles y para fines especiales tienen terminales de tornillo para conectarse a los cables. Las lámparas muy pequeñas pueden tener los cables de soporte del filamento extendidos a través de la base de la lámpara para realizar las conexiones. A menudo se utiliza una base bipin para lámparas halógenas o reflectoras. [137]
A finales del siglo XIX, los fabricantes introdujeron multitud de bases de lámparas incompatibles. Los tamaños básicos estándar " Mazda " de General Electric pronto se adoptaron en todo Estados Unidos.
Las bases de las lámparas se pueden fijar a la bombilla con cemento o mediante engarzado mecánico en muescas moldeadas en la bombilla de vidrio.
Las lámparas destinadas a ser utilizadas en sistemas ópticos tienen bases con características de alineación para que el filamento se coloque con precisión dentro del sistema óptico. Una lámpara con base de tornillo puede tener una orientación aleatoria del filamento cuando la lámpara está instalada en el casquillo.
Los contactos en el casquillo de la bombilla permiten que la corriente eléctrica pase a través de la base hasta el filamento. El casquillo proporciona conexiones eléctricas y soporte mecánico, y permite cambiar la lámpara cuando se funde.
Las lámparas incandescentes son muy sensibles a los cambios en la tensión de alimentación. Estas características son de gran importancia práctica y económica.
Para una tensión de alimentación V cercana a la tensión nominal de la lámpara:
Una reducción del 5% en el voltaje duplicará la vida útil de la bombilla, pero reducirá su emisión de luz en aproximadamente un 16%. Las bombillas de larga duración aprovechan esta desventaja en aplicaciones como las luces de señales de tráfico. Dado que la energía eléctrica que utilizan cuesta más que el costo de la bombilla, las lámparas de servicio general enfatizan la eficiencia durante una larga vida útil. El objetivo es minimizar el coste de la luz, no el coste de las lámparas. [75] Las primeras bombillas tenían una vida útil de hasta 2500 horas, pero en 1924 el cartel Phoebus acordó limitar la vida útil a 1000 horas. [138] Cuando esto fue expuesto en 1953, a General Electric y a otros fabricantes estadounidenses líderes se les prohibió limitar la vida útil. [139]
Las relaciones anteriores son válidas sólo para un pequeño cambio porcentual de voltaje en condiciones nominales estándar, pero indican que una lámpara operada a bajo voltaje podría durar mucho más que a un voltaje nominal, aunque con una salida de luz muy reducida. La " Luz Centenario " es una bombilla que, según el Libro Guinness de los Récords Mundiales , ha estado encendida casi continuamente en una estación de bomberos en Livermore, California , desde 1901. Sin embargo, la bombilla emite la luz equivalente a una bombilla de cuatro vatios. . Se puede contar una historia similar de una bombilla de 40 vatios en Texas que ha estado encendida desde el 21 de septiembre de 1908. Una vez residió en una casa de ópera donde celebridades notables se detenían para disfrutar de su brillo, y fue trasladada a un museo de la zona en 1977. [140]
Las lámparas Photoflood utilizadas para iluminación fotográfica favorecen la salida de luz a lo largo de su vida útil, y algunas duran sólo dos horas. El límite superior de temperatura del filamento es el punto de fusión del metal. El tungsteno es el metal con el punto de fusión más alto, 3695 K (3422 °C; 6191 °F). Por ejemplo, una bombilla de proyección con una vida útil de 50 horas está diseñada para funcionar a sólo 50 °C (122 °F) por debajo de ese punto de fusión. Una lámpara de este tipo puede alcanzar hasta 22 lúmenes por vatio, en comparación con los 17,5 de una lámpara de servicio general de 750 horas. [75]
Lámparas de la misma potencia pero diseñadas para diferentes voltajes tienen diferente eficacia luminosa. Por ejemplo, una lámpara de 100 vatios, 1000 horas y 120 voltios producirá aproximadamente 17,1 lúmenes por vatio. Una lámpara similar diseñada para 230 V produciría sólo alrededor de 12,8 lúmenes por vatio, y una diseñada para 30 voltios (iluminación de trenes) produciría hasta 19,8 lúmenes por vatio. [75] Las lámparas de menor voltaje tienen un filamento más grueso, para la misma potencia nominal. Pueden funcionar a mayor temperatura durante la misma vida útil antes de que el filamento se evapore.
Los cables utilizados para sostener el filamento lo hacen mecánicamente más fuerte, pero eliminan el calor, lo que crea otra compensación entre eficiencia y larga vida útil. Muchas lámparas de 120 voltios de servicio general no utilizan cables de soporte adicionales, pero las lámparas diseñadas para " servicio rudo " o "servicio de vibración" pueden tener hasta cinco. Las lámparas de bajo voltaje tienen filamentos hechos de alambre más pesado y no requieren cables de soporte adicionales.
Los voltajes muy bajos son ineficientes ya que los cables conducirían demasiado calor lejos del filamento, por lo que el límite inferior práctico para las lámparas incandescentes es 1,5 voltios. Los filamentos muy largos para altos voltajes son frágiles y las bases de las lámparas se vuelven más difíciles de aislar, por lo que las lámparas para iluminación no se fabrican con voltajes nominales superiores a 300 voltios. [75] Algunos elementos calefactores infrarrojos están hechos para voltajes más altos, pero utilizan bombillas tubulares con terminales muy separados.
filamento de bambú patente edison 1200.
La Consolidated Company fue la sucesora de la Electro-Dynamic Light Company de Nueva York, la primera empresa organizada en los Estados Unidos para la fabricación y venta de lámparas eléctricas incandescentes, y propietaria de un gran número de patentes de fecha anterior a las de de qué empresas rivales dependían. ... La United States Electric Lighting Company se organizó en 1878, unas semanas después de que la Electro-Dynamic Company
La United States Electric Lighting Company se organizó en 1878, unas semanas después de la Electro-Dynamic Light Company.
La United States Electric Lighting Company se organizó en 1878, pocas semanas después de la empresa Electro-Dynamic, y fue la sucesora de la empresa más antigua de Estados Unidos para la fabricación de aparatos de energía eléctrica.
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{citation}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )