Bombilla

Una bombilla, lámpara incandescente o globo de luz incandescente es una luz eléctrica con un filamento de alambre que se calienta hasta que brilla. El filamento está encerrado en un bulbo de vidrio con vacío o gas inerte para proteger el filamento de la oxidación. La corriente 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, salida de luz y valores nominales de voltaje, desde 1,5 voltios hasta aproximadamente 300 voltios. No requieren equipo de regulación externo, tienen bajos costos de fabricación y funcionan igual de bien tanto con corriente alterna como con corriente continua. Como resultado, la bombilla incandescente se volvió ampliamente utilizada en 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, convirtiendo menos del 5% de la energía que utilizan en luz visible. La energía restante se pierde en forma de calor. La eficacia luminosa de una bombilla incandescente típica para un funcionamiento de 120 V es de 16 lúmenes por vatio, en comparación con los 60 lm/W de una bombilla fluorescente compacta o los 150 lm/W de algunas lámparas LED blancas.

Algunas aplicaciones utilizan el calor generado por el filamento. Las lámparas de calor están hechas para usos como incubadoras, lámparas de lava y el juguete Easy-Bake Oven. Los calentadores infrarrojos halógenos de tubo de cuarzo se utilizan para procesos industriales como el curado de pintura o para la calefacción de espacios.

Las bombillas incandescentes suelen tener una vida útil corta en comparación con otros tipos de iluminación; alrededor de 1000 horas para las bombillas domésticas frente a las 10 000 horas típicas de las lámparas fluorescentes compactas y de 20 000 a 30 000 horas para las luces LED. La mayoría de las bombillas incandescentes se pueden reemplazar por lámparas fluorescentes, lámparas de descarga de alta intensidad y lámparas de diodos emisores de luz (LED). Algunas áreas han implementado la eliminación gradual del uso de bombillas incandescentes para reducir el consumo de energía.

Historia

Los historiadores Robert Friedel y Paul Israel enumeran a los inventores de las lámparas incandescentes antes de Joseph Swan y Thomas Edison. Llegan a la conclusión de que la versión de Edison pudo superar a las demás debido a una combinación de tres factores: un material incandescente efectivo, un vacío más alto que el que otros pudieron lograr (mediante el uso de la bomba Sprengel) y una alta resistencia que hizo que la distribución de energía desde una fuente centralizada económicamente viable.

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 componente pequeño en su sistema de iluminación eléctrica, y no más crítico para su funcionamiento efectivo que el generador Edison Jumbo, el sistema principal y 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 hace 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

Primeras investigaciones precomerciales

En 1761, Ebenezer Kinnersley demostró calentar un alambre hasta la incandescencia.

En 1802, Humphry Davy usó lo que describió como "una batería de inmenso tamaño", que constaba de 2000 celdas alojadas en el sótano de la Royal Institution of Great Britain, para crear una luz incandescente al pasar la corriente a través de una delgada tira de platino. elegido porque el metal tenía un punto de fusión extremadamente alto. No fue lo suficientemente brillante ni duró lo suficiente para ser práctico, pero fue el precedente detrás de los esfuerzos de decenas de experimentadores durante los siguientes 75 años.

Durante los primeros tres cuartos del siglo XIX, muchos experimentadores trabajaron con varias combinaciones de alambres de platino o iridio, varillas de carbono y recintos al vacío o al vacío. Muchos de estos dispositivos fueron demostrados y algunos fueron patentados.

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.

En 1838, el litógrafo belga Marcellin Jobard inventó una bombilla incandescente con atmósfera de vacío utilizando un filamento de carbono.

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 de vacío contendría menos moléculas de gas para reaccionar con el platino, mejorando su longevidad. Aunque era un diseño factible, el costo del platino lo hacía poco práctico para uso comercial.

En 1841, Frederick de Moleyns de Inglaterra obtuvo la primera patente de una lámpara incandescente, con un diseño que usaba alambres de platino contenidos dentro de una bombilla de vacío. También usó carbón.

En 1845, el estadounidense John W. Starr patentó una bombilla incandescente que utilizaba filamentos de carbono. Su invento nunca se produjo comercialmente.

En 1851, Jean Eugène Robert-Houdin demostró públicamente las bombillas incandescentes en su finca de Blois, Francia. Sus bombillas están expuestas en el museo del Château de Blois.

En 1859, Moses G. Farmer construyó una bombilla de luz incandescente eléctrica utilizando un filamento de platino. Más tarde, Thomas Edison vio 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. Usó como quemador dos varillas de carbón de sección disminuida en un recipiente de vidrio, herméticamente sellado y lleno de nitrógeno, dispuesto eléctricamente para que la corriente pudiera pasar al segundo carbono cuando el primero se haya consumido. Más tarde vivió en los EE. UU., cambió su nombre a Alexander de Lodyguine y solicitó y obtuvo patentes para lámparas incandescentes con filamentos de cromo, iridio, rodio, rutenio, osmio, molibdeno y tungsteno, y una bombilla que usa un filamento de molibdeno se demostró en la Feria mundial de 1900 en París.

El 24 de julio de 1874, Henry Woodward y Mathew Evans presentaron una patente canadiense para una lámpara que consiste en varillas de carbono montadas en un cilindro de vidrio lleno de nitrógeno. No tuvieron éxito en la comercialización de su lámpara y vendieron los derechos de su patente ( Patente de EE. UU. 0,181,613 ) a Thomas Edison en 1879.

El 4 de marzo de 1880, solo cinco meses después de la bombilla de Edison, Alessandro Cruto creó su primera lámpara incandescente. Cruto produjo un filamento por deposición de grafito sobre delgados filamentos de platino, calentándolo con una corriente eléctrica en presencia de alcohol etílico gaseoso. Calentar este platino a altas temperaturas deja finos filamentos de platino recubiertos con grafito puro. Para septiembre de 1881 había logrado una exitosa versión de este 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 Baveria, Alemania, la lámpara de Cruto fue más eficiente que la de Edison y produjo una mejor luz blanca.

Heinrich Göbel en 1893 afirmó que había diseñado la primera bombilla incandescente en 1854, con un delgado filamento de bambú carbonizado de alta resistencia, cables de entrada de platino en una envoltura completamente de vidrio y un alto vacío. Jueces de cuatro tribunales plantearon dudas sobre la supuesta anticipación de Göbel, pero nunca hubo una decisión en una audiencia final debido al vencimiento 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 una leyenda.

Comercialización

Filamento de carbono y vacío

Joseph Swan (1828-1914) fue un físico y químico británico. En 1850, comenzó a trabajar con filamentos de papel carbonizado en un bulbo 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 para 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.

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 del bulbo. Esto recibió una patente británica en 1880. El 18 de diciembre de 1878, se mostró una lámpara que usaba una varilla delgada de carbono en una reunión de la Sociedad Química de Newcastle, y Swan hizo una demostración de trabajo en su reunión el 17 de enero de 1879. También se demostró que 700 que asistieron a una reunión de la Sociedad Filosófica y Literaria de Newcastle upon Tyne el 3 de febrero de 1879.Estas lámparas usaban una barra 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 proporcionaron una demostración de las posibilidades de iluminación incandescente con un vacío relativamente alto, un conductor de carbono y cables de entrada de platino. . Esta bombilla duró unas 40 horas. Swan luego centró su atención en producir un mejor filamento de carbono y los medios para unir sus extremos. Ideó un método de tratamiento del algodón para producir "hilo pergamino" a principios de la década de 1880 y obtuvo la patente británica 4933 ese mismo año.A partir de este año comenzó a instalar bombillas en casas y lugares emblemáticos de Inglaterra. Su casa, Underhill, Low Fell, Gateshead, fue la primera del mundo iluminada con una bombilla. A principios de la década de 1880 había fundado su empresa. En 1881, el Savoy Theatre en la ciudad de Westminster, Londres, se iluminó con bombillas incandescentes Swan, que fue el primer teatro y el primer edificio público del mundo iluminado completamente con electricidad. La primera calle del mundo que se iluminó con 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.

Thomas Edison comenzó una investigación seria para desarrollar una lámpara incandescente práctica en 1878. Edison presentó su primera solicitud de patente para "Mejoras en luces eléctricas" el 14 de octubre de 1878. 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. La primera prueba exitosa fue el 22 de octubre de 1879 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 utiliza "un filamento o tira de carbono enrollado y conectado ... a cables de contacto platina". Aunque la patente describía varias formas de crear el filamento de carbono, incluido el uso de "hilo de algodón y lino, tablillas de madera, papeles enrollados de varias maneras",Edison y su equipo descubrieron más tarde que un filamento de bambú carbonizado podía durar más de 1200 horas. En 1880, el vapor de Oregon Railroad and Navigation Company, Columbia , se convirtió en la primera aplicación de las lámparas eléctricas incandescentes de Edison (también fue el primer barco en utilizar una dínamo).

Albon Man, un abogado de Nueva York, fundó Electro-Dynamic Light Company en 1878 para explotar sus patentes y las de William Sawyer. Semanas más tarde se organizó la United States Electric Lighting Company. Esta empresa no hizo su primera instalación comercial de lámparas incandescentes hasta el otoño de 1880 en Mercantile Safe Deposit Company en la ciudad de Nueva York, unos seis meses después de que se instalaran las lámparas incandescentes de Edison en el Columbia . Hiram S. Maxim fue el ingeniero jefe de United States Electric Lighting Company.Después del gran éxito en los Estados Unidos, la bombilla de luz incandescente patentada por Edison también comenzó a ganar popularidad en Europa; entre otros lugares, las primeras bombillas de 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.

Lewis Latimer, empleado en ese momento por Edison, desarrolló un método mejorado de tratamiento térmico de filamentos de carbono que redujo la rotura y permitió moldearlos en formas novedosas, como la característica forma de "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 comprado por United States Electric Light Company. Latimer patentó otras mejoras, como una mejor forma de unir filamentos a sus soportes de alambre.

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). Edison inicialmente estaba en contra de esta combinación, pero después de que Swan lo demandó y ganó, Edison finalmente se vio obligado a cooperar y se realizó la fusión. Finalmente, Edison adquirió todos los intereses de Swan en la empresa. Swan vendió sus derechos de patente de EE. UU. a Brush Electric Company en junio de 1882.

La Oficina de Patentes de los Estados Unidos emitió un fallo el 8 de octubre de 1883 de 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 mejora de la luz eléctrica de "un filamento de carbono de alta resistencia" era válida.

En 1896, el inventor italiano Arturo Malignani (1865-1939) patentó un método de evacuación para la producción en masa, que permitió obtener bombillas económicas con una duración de 800 horas. La patente fue adquirida por Edison en 1898.

En 1897, el físico y químico alemán Walther Nernst desarrolló la lámpara de Nernst, una forma de lámpara incandescente que usaba un globar cerámico y no requería encerrarse en un vacío o gas inerte. Dos veces más eficientes que las lámparas de filamento de carbono, las lámparas de Nernst fueron brevemente populares hasta que fueron superadas por las lámparas que usaban filamentos de metal.

Filamento metálico, gas inerte

En 1902, Siemens desarrolló un filamento de lámpara de tantalio que era más eficiente incluso que los filamentos de carbono grafitado, 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 de metal se acortó gradualmente con el uso; los filamentos se instalaron con grandes bucles flojos. Las lámparas utilizadas durante varios cientos de horas se volvieron bastante frágiles. Los filamentos de metal tenían la propiedad de romperse y volver a soldarse, aunque esto normalmente disminuiría la resistencia y acortaría la vida útil del filamento. General Electric compró los derechos para usar filamentos de tantalio y los produjo en los EE. UU. hasta 1913.

Desde 1898 hasta alrededor de 1905, el osmio también se utilizó como filamento de lámpara en Europa. El metal era tan caro que las lámparas rotas usadas podían devolverse a cambio de un crédito parcial. No se pudo fabricar para 110 V o 220 V, por lo que se conectaron varias lámparas en serie para su uso en circuitos de voltaje estándar.

Filamento de tungsteno

El 13 de diciembre de 1904, el húngaro Sándor Just y el croata Franjo Hanaman obtuvieron una patente húngara (Nº 34541) para una lámpara de filamento de tungsteno que duraba más y daba una luz más brillante que el filamento de carbono. 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 de tungsram en muchos países europeos. Llenar un bulbo 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 de la vida útil del filamento.

En 1906, William D. Coolidge desarrolló un método para hacer "tungsteno dúctil" a partir de tungsteno sinterizado que podría convertirse en filamentos mientras trabajaba para General Electric Company. Para 1911, General Electric había comenzado a vender bombillas de luz incandescente con alambre de tungsteno dúctil.

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 una reducción del ennegrecimiento de la bombilla.

En 1917, a Burnie Lee Benbow se le otorgó una patente para el filamento en espiral , en el que un filamento en espiral se envuelve en una bobina mediante el uso de un mandril. 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 en espiral. Hakunetsusha desarrolló un método para producir filamentos en espiral en masa en 1936.

Entre 1924 y el estallido de la Segunda Guerra Mundial, el cartel de Phoebus intentó fijar precios y cuotas de venta para los fabricantes de bombillas fuera de América del Norte.

En 1925, Marvin Pipkin, un químico estadounidense, patentó un proceso para congelar el interior de las bombillas de las lámparas sin debilitarlas. En 1947, patentó un proceso para recubrir el interior de las lámparas con sílice.

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 invención comenzó en Ajka en 1937, en una fábrica codiseñada por Polányi y el físico húngaro Egon Orowan.

Para 1964, las mejoras en la eficiencia y la producción de lámparas incandescentes habían reducido el costo de proporcionar una cantidad determinada de luz por un factor de treinta, en comparación con el costo de la introducción del sistema de iluminación de Edison.

El consumo de bombillas incandescentes creció rápidamente en los Estados Unidos. En 1885, se vendieron aproximadamente 300.000 lámparas de servicio de iluminación general, todas con filamentos de carbono. Cuando se introdujeron los filamentos de tungsteno, existían alrededor de 50 millones de portalámparas en los EE. UU. En 1914 se utilizaban 88,5 millones de lámparas (sólo el 15% con filamentos de carbono), y para 1945 las ventas anuales de lámparas eran de 795 millones (más de 5 lámparas por persona al año).

Eficacia y eficiencia

Más del 95% de la energía consumida por una bombilla de luz incandescente típica se convierte en calor en lugar de luz visible. Otras fuentes de luz eléctrica son más efectivas.

Para una determinada cantidad de luz, una bombilla de luz incandescente consume más energía y emite más calor que una lámpara fluorescente. En edificios donde se usa aire acondicionado, la salida de calor de las lámparas incandescentes aumenta la carga en el sistema de aire acondicionado. 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.

En comparación con otros tipos de luces incandescentes (no halógenas), las lámparas halógenas incandescentes emitirán la misma cantidad de luz usando menos energía y una salida más constante a lo largo del tiempo, con poca atenuación.

La eficacia luminosa de una fuente de luz es la relación entre la luz visible y la entrada de energía total a la fuente, como una lámpara. La luz visible se mide en lúmenes, una unidad que se define en parte por la diferente sensibilidad del ojo humano a las diferentes longitudes de onda de la luz (ver función de luminosidad). No todas las longitudes de onda son igualmente efectivas para estimular el ojo humano. Las unidades de eficacia luminosa son lúmenes por vatio (lpw). Por definición, la eficacia máxima es de 683 lm/W para luz verde monocromática. Una fuente de luz blanca con todas las longitudes de onda visibles presentes tiene una eficacia menor, alrededor de 250 lúmenes por vatio.

La eficiencia luminosa se define como la relación entre la eficacia luminosa y la eficacia luminosa máxima teórica de 683 lpw para luz verde.

El siguiente cuadro enumera los valores de eficacia y eficiencia luminosa para algunas bombillas incandescentes de servicio general, 120 voltios, 1000 horas de vida útil y varias fuentes de luz idealizadas. Un gráfico más largo en eficacia luminosa compara una gama más amplia de fuentes de luz.

Escribe	Eficiencia luminosa global	Eficacia luminosa global (lm/W)
Incandescente de tungsteno de 40 W	1,9%	12.6
Incandescente de tungsteno de 60 W	2,1%	14.5
Incandescente de tungsteno de 100 W	2,6%	17.5
halógeno de vidrio	2,3%	dieciséis
Cuarzo halógeno	3,5%	24
Lámparas fotográficas y de proyección con temperaturas de filamento muy altas y vida útil corta	5,1%	35
Radiador de cuerpo negro ideal a 4000 K	7,0%	47.5
Radiador de cuerpo negro ideal a 7000 K	14%	95
Fuente monocromática ideal de 555 nm (verde)	100%	683

El espectro emitido por un radiador de cuerpo negro a temperaturas de bombillas incandescentes no coincide con las características del ojo humano, con la mayor parte de la radiación en el rango que el ojo no puede ver. Un límite superior para la eficacia luminosa de las lámparas incandescentes es de alrededor de 52 lúmenes por vatio, el valor teórico emitido por el tungsteno en su punto de fusión.

Rendimiento de color

El espectro de luz producido por una lámpara incandescente se aproxima mucho al de un radiador de cuerpo negro a la misma temperatura. 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.

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 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 ajustar 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.El metamerismo describe el efecto de diferentes distribuciones del espectro de luz en la percepción del color.

Costo de iluminación

El costo inicial de una bombilla incandescente es pequeño en comparación con el costo de la energía que utiliza durante su vida útil. Las bombillas incandescentes tienen una vida más corta que la mayoría de las otras luces, 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 la lámpara incandescente 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, el efecto de la operación de la lámpara en los sistemas de calefacción y aire acondicionado. . Cuando se utiliza para iluminar casas y edificios comerciales, la energía perdida por el 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,aunque en la mayoría de los casos es más rentable obtener calor del sistema de calefacción. Independientemente, en el transcurso de un año, un sistema de iluminación más eficiente ahorra energía en casi todos los climas.

Medidas para prohibir el uso

Dado que las bombillas de luz incandescente utilizan más energía que las alternativas como las LFC y las lámparas LED, muchos gobiernos han introducido medidas para prohibir su uso, estableciendo normas mínimas de eficacia más altas que las 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. En Europa, la CE 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 reducciones de emisiones de CO _{2 de 15 millones de toneladas.}

Las objeciones a la prohibición del uso de bombillas incandescentes incluyen el mayor costo inicial de las alternativas y la menor calidad de luz de las lámparas fluorescentes. Algunas personas están preocupadas por los efectos en la salud de las lámparas fluorescentes.

Esfuerzos para mejorar la eficacia

Se han llevado a cabo algunas investigaciones para mejorar la eficacia de las lámparas incandescentes comerciales. En 2007, General Electric anunció un proyecto de lámparas incandescentes de alta eficiencia (HEI), que, según afirmaron, en última instancia sería hasta cuatro veces más eficiente que las lámparas incandescentes actuales, aunque su objetivo de producción inicial era aproximadamente el doble de eficiente. El programa HEI se terminó en 2008 debido al lento progreso.

La investigación del Departamento de Energía de EE. UU. en los Laboratorios Nacionales Sandia indicó inicialmente el potencial de una eficiencia dramáticamente mejorada a partir de un filamento de red fotónica. Sin embargo, trabajos posteriores indicaron que los resultados inicialmente prometedores eran erróneos.

Impulsado por la legislación de varios países que exige una mayor eficiencia de las bombillas, Philips ha introducido las bombillas incandescentes híbridas . Las bombillas incandescentes Halogena Energy Saver pueden producir alrededor de 23 lm/W; aproximadamente un 30 por ciento más eficiente que las incandescentes tradicionales, mediante el uso de una cápsula reflectante para reflejar la radiación infrarroja que antes se desperdiciaba de regreso al filamento, del cual parte se vuelve a emitir como luz visible. Este concepto fue iniciado por Duro-Test en 1980 con un producto comercial que producía 29,8 lm/W. En teoría, los reflectores más avanzados basados ​​en filtros de interferencia o cristales fotónicos pueden dar como resultado una mayor eficiencia, hasta un límite de aproximadamente 270 lm/W (40 % de la máxima eficacia posible).Los experimentos de prueba de concepto en laboratorio han producido hasta 45 lm/W, acercándose a la eficacia de las bombillas fluorescentes compactas.

Construcción

Las bombillas de luz incandescente consisten en un recinto de vidrio hermético (el sobre o bombilla) con un filamento de alambre de tungsteno dentro de la bombilla, a través del cual pasa una corriente eléctrica. Los hilos de contacto y una base con dos (o más) conductores proporcionan conexiones eléctricas al filamento. Las bombillas de luz incandescente generalmente contienen 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 típicamente 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 de filamento, 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 emite como calor en las longitudes de onda del infrarrojo cercano.

Bombillas

La mayoría de las bombillas tienen vidrio transparente o revestido. Las bombillas de vidrio revestido 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 difusas de caolín se utilizan mucho en la iluminación de interiores debido a su luz comparativamente suave. También se fabrican otros tipos de bombillas de colores, incluidos los diversos colores utilizados para "bombillas de fiesta", luces de árboles de Navidad y otras luces decorativas. Estos se crean coloreando el vidrio con un dopante; que a menudo es un metal como el cobalto (azul) o el cromo (verde). El vidrio que contiene neodimio a veces se usa para proporcionar una luz de apariencia más natural.

El bulbo 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 cubiertas de vidrio duro o cuarzo fundido.

Si la envoltura de una bombilla tiene una fuga, el filamento de tungsteno caliente reacciona con el aire y produce 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.

Relleno de gas

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).

El gas reduce la evaporación del filamento, pero el relleno debe elegirse con cuidado para evitar introducir pérdidas de calor significativas. Para estas propiedades, es deseable la inercia química y un alto peso atómico o molecular. La presencia de moléculas de gas empuja los átomos de tungsteno liberados hacia el filamento, lo que reduce su evaporación y permite operar a temperaturas más altas sin reducir su vida (o, para operar a la misma temperatura, prolonga la vida del filamento). Por otro lado, la presencia del gas conduce a la pérdida de calor del filamento y, por lo tanto, a la pérdida de eficiencia debido a la reducción de la incandescencia, por conducción y convección de calor.

Las primeras lámparas usaban solo vacío para proteger el filamento del oxígeno. El vacío aumenta la evaporación del filamento pero elimina dos modos de pérdida de calor. Algunas pequeñas lámparas modernas también usan vacío.

Los rellenos más utilizados son:

• Vacío, utilizado en lámparas pequeñas. Proporciona el mejor aislamiento térmico del filamento pero no protege contra su evaporación. También se usa en lámparas más grandes donde la temperatura de la superficie exterior del bulbo tiene que ser limitada.
• Argón (93 %) y nitrógeno (7 %), donde el argón se usa por su inercia, baja conductividad térmica y bajo costo, y el nitrógeno se agrega para aumentar el voltaje de ruptura y evitar la formación de arcos entre partes del filamento.
• Nitrógeno, utilizado en algunas lámparas de mayor potencia, por ejemplo, lámparas de proyección, y donde se necesita un voltaje de ruptura más alto debido a la proximidad de las partes del filamento o los cables de entrada.
• Krypton, que es más ventajoso que el argón debido a su mayor peso atómico y menor conductividad térmica (lo que también permite el uso de bombillas más pequeñas), pero su uso se ve obstaculizado por un costo mucho más alto, limitándolo principalmente a bombillas de menor tamaño.
• Krypton mezclado con xenón, donde el xenón mejora aún más las propiedades del gas debido a su mayor peso atómico. Sin embargo, su uso está limitado por su costo muy alto. Las mejoras mediante el uso de xenón son modestas en comparación con su costo.
• Hidrógeno, en lámparas intermitentes especiales donde se requiere un enfriamiento rápido del filamento; aquí se aprovecha su alta conductividad térmica.
• Pequeñas cantidades de gases halógenos, mezclados con gas inerte, se utilizan en lámparas halógenas, un tipo distinto de lámpara incandescente.

El relleno de gas debe estar libre de restos de agua, lo que acelera mucho 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 ocurre solo por conducción. Sólo a cierta distancia se produce la convección para llevar el calor a la envoltura de la bombilla.

La orientación del filamento influye en la eficiencia. El flujo de gas paralelo al filamento, por ejemplo, un bulbo orientado verticalmente con filamento vertical (o axial), reduce las pérdidas por convección.

La eficiencia de la lámpara aumenta con un mayor diámetro de filamento. Las bombillas de filamento delgado y bajo consumo se benefician menos de un gas de relleno, por lo que a menudo solo se evacuan.

Las primeras bombillas con filamentos de carbono también usaban 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 compensaron cualquier beneficio.

Fabricación

Las primeras bombillas se ensamblaban laboriosamente a mano. Después de que se desarrollara la maquinaria automática, el costo de las bombillas cayó. Hasta 1910, cuando la máquina Westlake de Libbey entró en producción, los bulbos generalmente eran producidos por un equipo de tres trabajadores (dos recolectores y un maestro gaffer) soplando los bulbos en moldes de madera o hierro fundido, recubiertos con una pasta. Alrededor de 150 bombillas por hora fueron producidas por el proceso de soplado manual en la década de 1880 en Corning Glass Works.

La máquina Westlake, desarrollada por Libbey Glass, se basó en una adaptación de la máquina de soplado de botellas de Owens-Libbey. Corning Glass Works pronto comenzó a desarrollar máquinas automáticas de soplado de bulbos de la competencia, la primera de las cuales que se utilizó en la producción fue la E-Machine. Corning continuó desarrollando máquinas automatizadas de producción de bombillas, e instaló Ribbon Machine en 1926 en su fábrica de Wellsboro, Pensilvania. 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 1000 bombillas por minuto.

La máquina de cintas funciona haciendo pasar una cinta continua de vidrio a lo largo de una cinta transportadora, se calienta en un horno y luego se sopla mediante boquillas de aire alineadas con precisión a través de orificios en la cinta transportadora hacia los moldes. Así se crean los bulbos o sobres 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. En la década de 1970, 15 máquinas de cinta instaladas en fábricas de todo el mundo producían todo el suministro de bombillas incandescentes.El filamento y sus soportes se ensamblan en un vástago de vidrio, que luego se fusiona con la bombilla. El aire se bombea fuera del bulbo y el tubo de evacuación en la prensa de vástago se sella con 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 que se cerrara una de las últimas máquinas de cinta que quedaban en los Estados Unidos.

Filamento

Los primeros filamentos de bombillas de luz comercialmente exitosos estaban hechos de papel carbonizado o bambú. Los filamentos de carbono tienen un coeficiente de resistencia de temperatura negativo: a medida que se calientan, su resistencia eléctrica disminuye. Esto hizo que la lámpara fuera sensible a las fluctuaciones en la fuente de alimentación, ya que un pequeño aumento de voltaje haría que el filamento se calentara, reduciendo su resistencia y haciendo que consumiera aún más energía y se calentara aún más.

Los filamentos de carbono se "destellan" calentándolos en un vapor de hidrocarburo (generalmente gasolina), para mejorar su resistencia y uniformidad. Los filamentos metalizados o "grafitizados" primero se calentaban a alta temperatura para transformarlos en grafito, lo que fortalecía y suavizaba aún más el filamento. Estos filamentos tienen un coeficiente de temperatura positivo, como un conductor metálico, que estabilizó las propiedades operativas de las lámparas frente a variaciones menores en el voltaje de suministro.

Los filamentos de metal desplazaron al carbono a partir de 1904. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto disponible. En 1910, William D. Coolidge en General Electric desarrolló un proceso para la producción de una forma dúctil de tungsteno. El proceso requería prensar polvo de tungsteno en barras, luego varios pasos de sinterización, estampación y trefilado. Se descubrió que el tungsteno muy puro formaba filamentos que se combaban con el uso, y que un tratamiento de "dopaje" muy pequeño con óxidos de potasio, silicio y aluminio a un nivel de unos pocos cientos de partes por millón mejoraba en gran medida la vida útil y la durabilidad del tungsteno. filamentos.

Filamento de bobina en espiral

Para mejorar la eficiencia de la lámpara, el filamento generalmente consta de múltiples bobinas de alambre fino enrollado, también conocido como "bobina enrollada". Las bombillas que utilizan filamentos en espiral se denominan a veces "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),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 es a la velocidad de un cilindro de tungsteno que tiene un diámetro igual al de la bobina enrollada. El filamento de bobina enrollada se evapora más lentamente que un filamento recto de la misma superficie y potencia de emisión de luz. Como resultado, el filamento puede calentarse más, lo que resulta en una fuente de luz más eficiente mientras dura más que un filamento recto a la misma temperatura.

Los fabricantes designan diferentes formas de filamento de lámpara con un código alfanumérico.

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.

Reducción de la evaporación del filamento

Durante el funcionamiento normal, el tungsteno del filamento se evapora; los filamentos más calientes y eficientes se evaporan más rápido. Debido a esto, la vida útil de una lámpara de filamento es un compromiso 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 solo 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 menor eficiencia, 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, retrasaría la evaporación. Las bombillas incandescentes de servicio general de más de 25 vatios de potencia ahora se llenan con una mezcla principalmente de argón y algo de nitrógeno o, a veces, criptón.Si bien el gas inerte reduce la evaporación del filamento, también conduce el calor del filamento, lo que enfría el filamento y reduce 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 peso molecular más alto tienen una conductividad térmica más baja, porque tanto el peso molecular como el área de la sección transversal son más altos. El gas xenón mejora la eficiencia por su alto peso molecular, pero también es más caro, por lo que su uso se limita a lámparas más pequeñas.

Las muescas del filamento se deben a la evaporación desigual del filamento. Pequeñas variaciones en la resistividad a lo largo del filamento hacen que se formen "puntos calientes" en los puntos de mayor resistividad; una variación del diámetro de sólo el 1% provocará una reducción del 25% en la vida útil. Dado que la resistencia del filamento depende en gran medida de la temperatura, los puntos con una temperatura más alta tendrán una mayor resistencia, lo que hará que disipen más energía y se vuelvan más calientes: un ciclo 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 diminuto espacio familiar en un filamento de apariencia 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 usar diferentes aleaciones de tungsteno y renio para contrarrestar el efecto.

Dado que un filamento que se rompe en una bombilla llena de gas puede formar un arco eléctrico, que puede propagarse entre los terminales y generar una corriente muy intensa, por lo tanto, a menudo se utilizan cables de entrada intencionadamente delgados o dispositivos de protección más elaborados como fusibles integrados en la bombilla. . Se utiliza más nitrógeno en las lámparas de mayor voltaje para reducir la posibilidad de formación de arcos.

Ennegrecimiento del bulbo

En una lámpara convencional, el tungsteno evaporado finalmente se condensa en la superficie interior de la envoltura de vidrio, oscureciéndola. Para las bombillas que contienen vacío, el oscurecimiento es uniforme en toda la superficie del sobre. Cuando se utiliza un relleno de gas inerte, el volframio evaporado es transportado en las corrientes de convección térmica del gas, y se deposita preferentemente en la parte superior de la envolvente, ennegreciendo justamente esa parte de la envolvente. Una lámpara incandescente que proporciona el 93 % o menos de su salida de luz inicial al 75 % de su vida nominal 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.El estudio del problema del ennegrecimiento de las bombillas condujo al descubrimiento del efecto Edison, la emisión termoiónica y la invención del tubo de vacío.

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 las 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 . El equivalente a una gota de agua distribuida sobre 500.000 lámparas aumentará significativamente el oscurecimiento. Pequeñas cantidades de sustancias como el zirconio se colocan dentro de la lámpara como absorbente para que reaccione con el oxígeno que pueda desprenderse de los componentes de la lámpara durante el funcionamiento.

Algunas lámparas antiguas de alta potencia utilizadas en teatro, proyección, reflectores y servicio de faros con filamentos pesados ​​y resistentes contenían polvo de tungsteno suelto dentro del sobre. De vez en cuando, el operador quitaba la bombilla y la sacudía, permitiendo que el polvo de tungsteno eliminara la mayor parte del tungsteno que se había condensado en el interior del sobre, eliminando el ennegrecimiento y encendiendo la lámpara nuevamente.

Lámparas halógenas

La lámpara halógena reduce la evaporación desigual del filamento y elimina el oscurecimiento de la envoltura al llenar 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 que se oscurezca al volver a depositar tungsteno desde el interior de la bombilla sobre el filamento. La lámpara halógena puede hacer funcionar su filamento a una temperatura más alta que una lámpara estándar llena de gas de potencia similar sin pérdida de vida útil. Estas bombillas son mucho más pequeñas que las bombillas incandescentes normales y se utilizan mucho cuando se necesita una iluminación intensa en un espacio limitado. Las lámparas de fibra óptica para microscopía óptica son una aplicación típica.

Lámparas de arco incandescentes

Una variación de la lámpara incandescente no usaba un filamento de alambre caliente, sino que usaba un arco golpeado en un electrodo de perla esférica para producir calor. Luego, el electrodo se volvió incandescente y el arco contribuyó poco a la luz producida. Estas lámparas se utilizaron para proyección o iluminación de instrumentos científicos como microscopios. Estas lámparas de arco funcionaban con voltajes relativamente bajos e incorporaron 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 reemplazadas por lámparas de arco de mercurio y xenón.

Características electricas

	lámparas de 120 voltios	lámparas de 230 voltios
Potencia (W)	Salida (lm)	Eficacia (lm/W)	Salida (lm)	Eficacia (lm/W)
5	25	5
15	110	7.3
25	200	8.0	230	9.2
40	500	12.5	430	10.8
60	850	14.2	730	12.2
75	1200	16.0
100	1,700	17.0	1,380	13.8
150	2,850	19.0	2220	14.8
200	3,900	19.5	3,150	15.8
300	6,200	20.7	5,000	16.7
500			8,400	16.8

Energía

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 de luz incandescente se suelen comercializar en función de la potencia eléctrica consumida. Esto depende principalmente de la resistencia de funcionamiento del filamento. Para dos bombillas del mismo voltaje y tipo, la bombilla de mayor potencia da más luz.

La tabla muestra la salida típica aproximada, en lúmenes, de las bombillas de luz incandescente estándar de 120 voltios en varias potencias. La salida de luz de bombillas similares de 230 V es ligeramente menor. El filamento de corriente más baja (voltaje más alto) es más delgado y debe operarse a una temperatura ligeramente más baja para la misma expectativa de vida, lo que reduce la eficiencia energética. Los valores de lúmenes para las bombillas "blancas suaves" generalmente serán ligeramente más bajos que para las bombillas transparentes de la misma potencia.

Corriente y resistencia

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 cuando están en funcionamiento. Por ejemplo, una lámpara de 100 vatios y 120 voltios tiene una resistencia de 144 ohmios cuando está encendida, pero la resistencia en frío es mucho menor (alrededor de 9,5 ohmios). Dado que las lámparas incandescentes son cargas resistivas, se pueden usar atenuadores TRIAC de control de fase simple para controlar el brillo. Los contactos eléctricos pueden llevar un símbolo de clasificación "T" que indica que están diseñados para controlar circuitos con la característica de alta corriente de irrupción 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.

Características físicas

Seguridad

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 causar que el filamento se rompa o experimente un aumento en la corriente eléctrica que provoque que parte de ella 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 en las líneas de suministro.

Un bulbo de vidrio caliente puede romperse al entrar en contacto con objetos fríos. Cuando la envoltura de vidrio se rompe, la bombilla implosiona y expone el filamento al aire ambiente. Entonces, el aire suele destruir el filamento caliente por oxidación.

Formas de bulbo

Las designaciones de forma y tamaño del bulbo se dan en los estándares 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.

Los estándares nacionales como ANSI C79.1-2002, IS 14897:2000 y JIS C 7710:1988 cubren una terminología común para las formas de las bombillas.

Descripción	SI	Pulgada	Detalles
bombilla "estándar"	A60 E26	A19 E26	Bombilla de serie A de ⌀60 mm (~⌀19/8 in), tornillo Edison de ⌀26 mm
Bombilla de llama de vela	CA35 E12	CA11 E12	Forma de llama de vela de ⌀35 mm (~⌀11/8 in), tornillo Edison de ⌀12 mm
Luz de inundación	BR95 E26	BR30 E26	Proyector de ⌀95 mm (~⌀30/8 in), tornillo Edison de ⌀26 mm
Bombilla halógena para iluminación sobre riel	MR50 GU5.3	MR16 GU5.3	Reflector multifacético de ⌀50 mm (~⌀16/8 in), conector de dos clavijas de 12 V con separación de 5,33 mm

Códigos de formas comunes

Servicio generalLuz emitida en (casi) todas las direcciones. Disponible transparente o esmerilado.Tipos: General (A), Hongo, elíptico (E), señal (S), tubular (T)120 V tamaños: A17, 19 y 21230 V tamaños: A55 y 60Servicio general de alta potenciaLámparas de más de 200 vatios.Tipos: en forma de pera (PS)Decorativolámparas utilizadas en candelabros, etc. Las bombillas más pequeñas del tamaño de una vela pueden usar un portalámparas más pequeño.Tipos: vela (B), vela retorcida, vela de punta doblada (CA y BA), llama (F), globo (G), chimenea de linterna (H), redonda elegante (P)230 V tamaños: P45, G95Reflector (R)El revestimiento reflectante dentro de la bombilla dirige la luz hacia adelante. Los tipos de inundación (FL) difunden la luz. Los tipos de spot (SP) concentran la luz. Las bombillas reflectoras (R) ponen aproximadamente el doble de la cantidad de luz (candelas-pie) en el área central frontal que las de servicio general (A) del mismo vataje.Tipos: reflector estándar (R), reflector abultado (BR), reflector elíptico (ER), corona plateada120 V tamaños: R16, 20, 25 y 30230 V tamaños: R50, 63, 80 y 95Reflector parabólico aluminizado (PAR)Las bombillas reflectoras parabólicas aluminizadas (PAR) controlan la luz con mayor precisión. Producen alrededor de cuatro veces la intensidad de luz concentrada del servicio general (A) y se utilizan en iluminación empotrada y en riel. Las carcasas resistentes a la intemperie están disponibles para focos exteriores y accesorios de inundación.120 V tamaños: PAR 16, 20, 30, 38, 56 y 64230 V tamaños: PAR 16, 20, 30, 38, 56 y 64Disponible en numerosas extensiones de haz spot y flood. Como todas las bombillas, el número representa el diámetro de la bombilla en ¹ ⁄ ₈ de pulgada. Por lo tanto, un PAR 16 tiene 51 mm (2 pulgadas) de diámetro, un PAR 20 tiene 64 mm (2,5 pulgadas) de diámetro, PAR 30 tiene 95 mm (3,75 pulgadas) y un PAR 38 tiene 121 mm (4,75 pulgadas) de diámetro. .Reflector multifacético (MR)Las bombillas reflectoras multifacéticas suelen ser más pequeñas y funcionan con un voltaje más bajo, a menudo de 12 V.HIR/IRC"HIR" es una designación de GE para una lámpara con un revestimiento reflectante de infrarrojos. Dado que se escapa menos calor, el filamento se quema más caliente y de manera más eficiente. La designación de Osram para un recubrimiento similar es "IRC".

Pies de lámpara

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 solo como soporte mecánico. Las lámparas de 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 de cuña y contactos de alambre, y algunas lámparas para automóviles y para fines especiales tienen terminales de tornillo para la conexión 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 las conexiones. Una base bipin se usa a menudo para lámparas halógenas o reflectoras.

A fines del siglo XIX, los fabricantes introdujeron una multitud de bases de lámparas incompatibles. Los tamaños base estándar "Mazda" de General Electric pronto se adoptaron en los EE. UU.

Las bases de las lámparas se pueden asegurar a la bombilla con cemento o mediante prensado mecánico a las hendiduras moldeadas en la bombilla de vidrio.

Las lámparas destinadas a su uso en sistemas ópticos tienen bases con funciones 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 portalámparas.

Los contactos en el portalámparas permiten que la corriente eléctrica pase a través de la base hacia el filamento. El portalámparas proporciona conexiones eléctricas y soporte mecánico, y permite cambiar la lámpara cuando se funde.

Salida de luz y vida útil

Las lámparas incandescentes son muy sensibles a los cambios en el voltaje de suministro. Estas características son de gran importancia práctica y económica.

Para una tensión de alimentación V cercana a la tensión nominal de la lámpara:

• La salida de luz es aproximadamente proporcional a V
• El consumo de energía es aproximadamente proporcional a V
• La vida útil es aproximadamente proporcional a V
• La temperatura de color es aproximadamente proporcional a V

Una reducción del voltaje del 5 % duplicará la vida útil de la bombilla, pero reducirá su salida de luz en aproximadamente un 16 %. Las bombillas de larga duración aprovechan esta compensación 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 sobre una larga vida útil. El objetivo es minimizar el costo de la luz, no el costo de las lámparas. Las primeras bombillas tenían una vida útil de hasta 2500 horas, pero en 1924 el cartel de Phoebus acordó limitar la vida útil a 1000 horas. Cuando esto se expuso en 1953, a General Electric y otros fabricantes estadounidenses líderes se les prohibió limitar la vida útil.

Las relaciones anteriores son válidas solo para un pequeño porcentaje de cambio de voltaje alrededor de las condiciones nominales estándar, pero indican que una lámpara operada a bajo voltaje podría durar mucho más que a voltaje nominal, aunque con una salida de luz muy reducida. La "Luz del Centenario" es una bombilla que el Libro Guinness de los Récords Mundiales acepta como que 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 iluminada desde el 21 de septiembre de 1908. Una vez residió en un teatro de ópera donde celebridades notables se detuvieron para admirar su brillo, y se trasladó a un museo del área en 1977.

Las lámparas Photoflood utilizadas para la iluminación fotográfica favorecen la salida de luz durante la vida útil, y algunas duran solo dos horas. El límite de temperatura superior para el 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). Una bombilla de proyección de 50 horas de vida, por ejemplo, está diseñada para operar solo 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.

Las lámparas de la misma potencia nominal pero diseñadas para diferentes voltajes tienen diferente eficacia luminosa. Por ejemplo, una lámpara de 100 vatios, 1000 horas y 120 voltios producirá alrededor de 17,1 lúmenes por vatio. Una lámpara similar diseñada para 230 V produciría solo alrededor de 12,8 lúmenes por vatio, y una diseñada para 30 voltios (iluminación de trenes) produciría hasta 19,8 lúmenes por vatio. Las lámparas de menor voltaje tienen un filamento más grueso, para la misma potencia nominal. Pueden funcionar más calientes 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 otro compromiso entre eficiencia y larga vida. Muchas lámparas de servicio general de 120 voltios no usan 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 un alambre más pesado y no requieren alambres de soporte adicionales.

Los voltajes muy bajos son ineficientes ya que los cables conductores alejarían demasiado calor del filamento, por lo que el límite inferior práctico para las lámparas incandescentes es de 1,5 voltios. Los filamentos muy largos para voltajes altos 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. Algunos elementos calefactores infrarrojos están hechos para voltajes más altos, pero utilizan bombillas tubulares con terminales muy separados.