Hi ha diversos tipus d'incandescència: la primera és per combustió d'alguna substància, ja sigui sòlida com una torxa de fusta, líquida com en un llum d'oli o gasosa com en els llums de gas. La segona és passant un corrent elèctric a través d'un fil conductor molt prim, com passa amb les bombetes corrents. Tant d'una manera com d'una altra, obtenim llum i calor (sigui escalfant les molècules d'aire o per radiacions infraroges). En general els rendiments d'aquest tipus de làmpades són baixos pel fet que la major part de l'energia consumida es converteix en calor.

S'anomena làmpada incandescent al dispositiu que produeix llum mitjançant l'escalfament d'un filament metàl·lic per l'efecte Joule fins a posar-ho roent mitjançant el pas de corrent elèctric. 

Es coneix com a efecte Joule, al fenomen pel qual si per un conductor circula corrent elèctric, part de l'energia cinètica dels electrons es transforma en calor a causa dels xocs que sofreixen els àtoms del material conductor pel qual circulen, elevant la temperatura d'aquest. El nom és en honor al seu descobridor, el físic britànic James Prescott Joule (1818-1889).

          Q = Energia calorífica produïda pel corrent

          I = Intensitat del corrent que circula

          R = Resistència elèctrica del conductor

          t = Temps

El llum incandescent és el més popular pel seu baix preu i el color càlid de la seva llum. També és el que té menor vida útil, unes 1000 hores. No ofereix molt bona reproducció dels colors, perquè que no emet a la zona de colors freds. La seva eficiència és molt baixa, només converteix en treball (llum visible) al voltant del 15% de l'energia consumida. L'altre 25% serà transformat en energia calorífica i el 60% restant en ones no perceptibles (llum ultraviolada i infraroja) que acaben convertint-se en calor.

El component principal d'un llum incandescent és el filament. En passar corrent a través d'ell, és escalfat com a resistència fins a tornar-se incandescent, mantenint-se en aquest estat per molt temps. Aquest filament es fabrica en tungstè, que té un punt de fusió alt: 3655 K (Kelvin). Aquest filament ha d'estar protegit en un mitjà que eviti que es deteriori, la qual cosa s'aconsegueix posant-lo dins d'un bulb, bombeta o ampolla de vidre, al buit o amb un gas inert.

La durada d'un llum incandescent ve determinada bàsicament per la temperatura de treball del filament. Com més alta sigui aquesta, major serà el flux lluminós, però també la velocitat d'evaporació del material que forma el filament. Quan les partícules evaporades entren en contacte amb les parets, es dipositen sobre aquestes, ennegrint l'ampolla. D'aquesta manera es veurà reduït el flux lluminós per l'embrutiment de l'ampolla. Però, a més, el filament s'haurà tornat més prim per l'evaporació del tungstè que el forma i es reduirà en conseqüència, el corrent elèctric que passa per ell, la temperatura de treball i el flux lluminós. Això seguirà passant fins que finalment es trenqui el filament. A aquest procés se'l coneix com depreciació lluminosa.

La durada de les làmpades incandescents està normalitzada; unes 1000 hores per a les normals, 2000 hores per a les halògenes per a aplicacions generals, i 4000 hores per les especials.

Parts d'una bombeta

Hi ha dos tipus de làmpades incandescents: les que contenen un gas halogen en el seu interior i les que no el contenen:

Llums no halògenes

Entre les làmpades incandescents no halògenes, podem distingir les que s'han omplert amb un gas inert, d'aquelles en què s'ha fet el buit al seu interior. La presència del gas suposa un notable increment de l'eficàcia lluminosa del llum dificultant l'evaporació del material del filament i permetent l'augment de la temperatura de treball del filament. Els llums incandescents tenen una durada normalitzada de 1000 hores, una potència entre 25 i 2000 W i unes eficàcies entre 7.5 i 11 lm/W per les làmpades de buit, i entre 10 i 20 lm/W per a les que s'han emplenat amb gas inert. En l'actualitat predomina l'ús de les làmpades amb gas, reduint-se l'ús de les de buit a aplicacions ocasionals en enllumenat general amb potències de fins a 40 W.

Llums halògenes d'alta i baixa tensió

En les làmpades incandescents normals, amb el pas del temps, es produeix una disminució significativa del flux lluminós. Això es deu, en part, a l'ennegriment de l'ampolla per culpa de l'evaporació de partícules de wolframi del filament i la seva posterior condensació sobre l'ampolla.

Afegint una petita quantitat d'un compost gasós amb halògens (clor, brom o iode), normalment s'usa el CH2Br2, al gas d'emplenament s'aconsegueix establir un cicle de regeneració de l'halogen que evita l'ennegriment. Quan el tungstè (W) s'evapora s'uneix al brom formant el bromur de wolframi (WBr2). Com les parets de l'ampolla estan molt calentes (més de 260 °C) no es diposita sobre aquestes i roman en estat gasós. Quan el bromur de wolframi entra en contacte amb el filament, que està molt calent, es descompon en W que es diposita sobre el filament i Br que passa de nou al gas d'emplenament. I així, el cicle torna a començar.

El funcionament d'aquest tipus de làmpades requereix temperatures molt altes perquè pugui realitzar el cicle de l'halogen. Per això, són més petites i compactes que les làmpades normals i l'ampolla es fabrica amb un vidre especial de quars. Per això mai s'ha de manipular amb els dits per evitar el seu deteriorament.

Tenen una eficàcia lluminosa de 22 lm/W amb una àmplia gamma de potències de treball, segons l'ús al qual estiguin destinades.

Els fluorescents són làmpades de descàrrega de baixa pressió en forma de tub, emplenades amb vapor de mercuri. A través d'una descàrrega elèctrica, s'emet una radiació UV invisible que es converteix en llum gràcies a la pols fluorescent del seu interior. La radiació ultraviolada generada per la descàrrega de mercuri, es converteix en llum visible gràcies a la pols fluorescent que es troba a la paret interior del dipòsit. Mitjançant diferents tipus d'elements fluorescents s'aconsegueixen diferents temperatures de colors de la llum.

Els llums fluorescents es componen;

• Tub fluorescent
• Balast, reactància o reactància electrònica
• Encebador

Esquema de connexió d'un tub fluorescent

Tub Fluorescent

És un tub de vidre que està revestit per la seva part interior amb una substància fluorescent. Dins el tub hi ha gasos (argó i neó) i vapor de mercuri a baixa pressió. Aquest tub té en els seus dos extrems, un elèctrode proveït d'un filament de tungstè amb òxids alcalinoterris.

Els tubs fluorescents estan construïts amb unes dimensions i potències normalitzades; els més corrents són els de 20 W i 40 W. Són d'un rendiment lluminós elevat (unes 3 o 4 vegades més que les làmpades d'incandescència), d'una gran durada, i fan una llum molt blanca, però per al funcionament necessiten un element exterior estabilitzador (generalment una reactància), la qual cosa els encareix i en disminueix el rendiment global. Tanmateix, cada vegada són més utilitzats per a la il·luminació industrial, domèstica, pública, en clíniques i hospitals, transports, ferrocarrils, etc. 

Hi ha llums fluorescents en diversos formats: tubulars, circulars i en forma d' "U", així com llums fluorescents compactes. Aquests últims arriben a dimensions especialment reduïdes, i es connecten al portalàmpades d'un sol costat.

Reactància

Tots els tubs fluorescents requereixen l'ús de reactància per a poder ser usats. Les reactàncies, també conegudes com a balasts, es poden dividir en dos tipus; les reactàncies convencionals i les electròniques. Les reactàncies convencionals són equips obsolets, les quals necessiten encebadors per poder arrencar els tubs fluorescents. En canvi, les electròniques no necessiten aquests encebadors i encenen el tub sense parpelleigs.

Un estabilitzador o reactància, és un dispositiu situat en línia amb la càrrega per limitar la quantitat de corrent en un circuit elèctric. S'utilitza en llums de descàrrega de gas, ja sigui un tub fluorescent, una làmpada de vapor de sodi, una làmpada d'halur metàl·lic o una làmpada de vapor de mercuri.

Un exemple familiar i àmpliament utilitzat és la reactància utilitzada en els llums fluorescents per limitar el corrent a través del tub, que d'altra manera ascendiria a un nivell destructiu a causa de la resistència diferencial negativa de la característica del voltatge-corrent del tub. Varien molt en complexitat. Poden ser tan senzilles com una resistència, un inductor o un condensador (o una combinació d'aquests) connectats en sèrie amb els filaments del tub; o tan complexos com els limitadors electrònics utilitzats en làmpades fluorescents compactes i llums de descàrrega d'alta intensitat.

Reactàncies electròniques

Encebador

Bàsicament, permet generar una descàrrega suficient com per a "activar" el gas de l'interior del tub fluorescent i que aquest s'encengui.

Està compost d'una ampolla de vidre, farcida de gas Argó, i dos elèctrodes en forma de làmines bimetàl·liques amb diferent coeficient de dilatació. En connectar el corrent es produeix una petita descàrrega a dins l'ampolla a través del gas, escalfant les làmines bimetàl·liques, que en doblegar-se entren en contacte i tanquen el circuit, facilitant així per un curt període de temps el pas del corrent pels elèctrodes del tub fluorescent, que en posar-se incandescents, emeten electrons en forma de núvol al seu voltant. Instants després en refredar-se les làmines, se separen obrint el circuit, i deixant que la reactància faci funcionar el tub. Un cop encès el fluorescent, l'encebador queda fora de servei en no arribar-li suficient corrent per funcionar.

Avantatges del llum fluorescent:

• Consum de corrent fins a tres vegades menor que la d'un llum incandescent.

• Els colors són més fidels al color real.

• L'emissió de llum és de 4 a 6 vegades més gran que la d'un llum incandescent de la mateixa potència.

• Fa una llum més uniforme i menys enlluernadora, perquè l'àrea d'il·luminació és més gran.

• Escalfament reduït.

• La durada mitjana de vida és de 7500 hores en condicions normals.

Les làmpades de descàrrega constitueixen una forma alternativa de produir llum d'una manera més eficient i econòmica que les làmpades incandescents. Per això, el seu ús està tan estès avui dia. La llum emesa s'aconsegueix per excitació d'un gas sotmès a descàrregues elèctriques entre dos elèctrodes. Segons el gas contingut en la llum i la pressió a què estigui sotmès tindrem diferents tipus de làmpades, cadascuna d'elles amb les seves pròpies característiques lluminoses.

Funcionament

En les làmpades de descàrrega, la llum s'aconsegueix establint un corrent elèctric entre dos elèctrodes situats en un tub ple amb un gas o vapor ionitzat.

A l'interior del tub, es produeixen descàrregues elèctriques com a conseqüència de la diferència de potencial entre els elèctrodes. Aquestes descàrregues provoquen un flux d'electrons que travessa el gas. Quan un d'ells xoca amb els electrons de les capes externes dels àtoms els transmet energia i poden succeir dues coses:

     - La primera possibilitat és que l'energia transmesa en el xoc sigui prou elevada per poder arrencar l'electró de la seva orbita. Aquest, pot al seu torn, xocar amb els electrons d'altres àtoms repetint el procés. Si aquest procés no es limita, es pot provocar la destrucció del llum per un excés de corrent.

     - L'altra possibilitat és que l'electró no rebi prou energia per a ser arrencat. En aquest cas, l'electró passa a ocupar un altre orbita de major energia. Aquest nou estat acostuma a ser inestable i ràpidament es torna a la situació inicial. En fer-ho, l'electró allibera l'energia extra en forma de radiació electromagnètica, principalment ultraviolada (UV) o visible. Un electró no pot tenir un estat energètic qualsevol, sinó que només pot ocupar uns pocs estats que venen determinats per l'estructura atòmica de l'àtom. Com la longitud d'ona de la radiació emesa és proporcional a la diferencia d'energia entre els estats inicial i final de l'electró i els estats possibles no són infinits, és fàcil comprendre que l'espectre d'aquestes làmpades sigui discontinu.

La conseqüència d'això és que la llum emesa per la làmpada no és blanca (per exemple en els llums de sodi a baixa pressió és groguenca). Per tant, la capacitat de reproduir els colors d'aquestes fonts de llum és, en general, pitjor que en el cas de les làmpades incandescents que tenen un espectre continu. És possible, recobrint el tub amb substàncies fluorescents, millorar la reproducció dels colors i augmentar l'eficàcia de les làmpades convertint les nocives emissions ultraviolades en llum visible.

Elements auxiliars

Perquè les làmpades de descàrrega funcionin correctament és necessari, en la majoria dels casos, la presència d'uns elements auxiliars: encebadors i balast. Els encebadors o arrencadors són dispositius que subministren un breu pic de tensió entre els elèctrodes del tub, necessari per iniciar la descàrrega i vèncer així la resistència inicial del gas al corrent elèctric. Després de l'encesa, continua un període transitori durant el qual el gas s'estabilitza i que es caracteritza per un consum de potència superior al nominal.

Els balasts, per contra, són dispositius que serveixen per limitar el corrent que travessa la llum i evitar així un excés d'electrons circulant pel gas que augmentaria el valor del corrent fins a produir la destrucció de la làmpada.

Eficàcia

En establir l'eficàcia d'aquest tipus de làmpades cal diferenciar entre l'eficàcia de la font de llum i la dels elements auxiliars necessaris per al seu funcionament que depèn del fabricant. A les làmpades, les pèrdues se centren en dos aspectes: les pèrdues per calor i les pèrdues per radiacions no visibles (ultraviolada i infraroig). El percentatge de cada tipus dependrà de la classe de llum amb què treballem.

Balanç energètic d'un llum de descàrrega

L'eficàcia de les làmpades de descàrrega oscil·la entre els 19-28 lm/W de les làmpades de llum de mescla i els 100-183 lm/W de les de sodi a baixa pressió.

Parts d'una làmpada de descàrrega

Les formes de les làmpades de descàrrega varien segons la classe de làmpada amb què tractem. De tota manera, totes tenen una sèrie d'elements en comú com el tub de descàrrega, els elèctrodes, l'ampolla exterior o el casquet. 

Què és un focus HMI?

La tecnologia per a la irradiació lluminosa coneguda com a HMI o "Descàrrega de gas", posseeix una interessant combinació dels principis d'incandescència i fluorescència que la fa única i eficient per als requeriments d'il·luminació contínua de la indústria cinematogràfica i televisiva.

Les sigles corresponen en anglès al terme "Hydrargyrum medium-arc iodide" i es refereix precisament a la generació d'un arc voltaic que preservat en una atmosfera enrarida, emet una llum molt brillant, i la seva temperatura cromàtica té una gran similitud amb l'anomenada "llum de dia" que és la que incideix de l'astre solar aproximadament en el seu màxim moment d'intensitat.

Aquesta tecnologia no és exclusiva de la indústria audiovisual, també s'utilitza per lluminàries que demanen una gran intensitat amb un consum relativament moderat d'energia, generant el mínim calor possible. Aquest és el cas dels sistemes d'il·luminació d'espais de gran concentració de públic, com estadis, auditoris i places, especialment quan es troben a l'aire lliure.

El funcionament d'un llum HMI és relativament simple. El corrent és induït a través dels dos pols (ànode i càtode), que a diferència de les làmpades incandescents i amb similitud de les fluorescents, no es troba unit i que té un petit espai de poc menys d'un mil·límetre de distància en el qual, el flux de corrent "salta" formant un arc voltaic que es manté sota la influència de vapors de mercuri i halurs metàl·lics, continguts en un caputxó de cristall de quars.

 Un dels desavantatges dels equips que utilitzen làmpades HMI, és que l'aprovisionament de l'energia requerida per al seu funcionament, s'efectua a través d'un voluminós i pesat balast i es transmet al projector amb un pesat cable multipin, de manera que no les podem considerar lluminàries fàcilment manipulables. D'altra banda, els primers balasts eren magnètics i de la mateixa manera que els llums fluorescents, al filmar o gravar, especialment en altes velocitats, arribava a detectar-se en la imatge una intermitència a conseqüència dels cicles de corrent de l'equip.

Els balasts actuals ja no són magnètics, se'ls denomina electrònics o de "Ona quadrada" i eliminen el problema de la intermitència, però, això provoca que durant la seva operació emetin un so agut que pot arribar a representar un problema per al registre d'àudio, per això, pràcticament tots els balasts moderns posseeixen un interruptor que permet seleccionar les opcions "Flicker free" (lliure de intermitència) o "Silent" (silenciosa), aquesta modalitat es pot utilitzar sempre que, la filmació o enregistrament no es faci a velocitats altes.

La temperatura cromàtica dels HMI no és constant. Quan una lluminària s'encén requereix d'un temps aproximat entre 3, i de vegades fins a 10 minuts, per arribar a la seva temperatura i intensitat màxima. Amb l'ús i el pas del temps, comença a variar la temperatura del color pel desgast, per això sempre es recomana canviar les làmpades abans que arribin al límit de la seva vida.

Light Emitting Diode (Díode Emissor de Llum)

Els díodes són components electrònics que permeten el pas del corrent en un sol sentit, en sentit contrari no deixen passar el corrent. Quan es connecta en el sentit que permet el pas del corrent es diu que està polaritzat directament, i aquest emet llum.

Els díodes usen corrent continu (CC) per al seu funcionament, per tant les llums LED, per poder treballar, necessiten circuits interns que transformin el corrent altern. No oblidem que les instal·lacions estàndard són de corrent altern (AC).

Els Díodes LED tenen dues patilles de connexió, una llarga i una altra curta. Perquè passi el corrent i emeti llum s'ha de connectar la patilla llarga al pol positiu i la curta al pol negatiu. En cas contrari el corrent no passarà i no emetrà llum.

Símbol que s'usa per als díodes LED en els esquemes elèctrics, on l'ànode serà la patilla llarga. 

Els LED treballen a tensions més o menys de 2V (dos volts). Si volem connectar-los a una altra tensió diferent, haurem de connectar una resistència en sèrie amb ell perquè part de la tensió es quedi a la resistència i al LED només arribin els 2V.

Quan connectem amb polarització directa el díode LED, el semiconductor de la part de dalt permet el pas del corrent que circularà per les patilles (càtode i ànode) emetent llum.

Depenent del material que estigui fet el semiconductor, aquest emetrà llum d'un color o altre. Així podem obtenir díodes LED que emetin llums de colors diferents segons el material (alumini, gal·li, indi, fòsfor, . . . ).

LED RGB

Els LED RGB (Red, Green, Blue) són díodes que tenen 3 semiconductors, cadascun amb un color diferent. Són els colors primaris; el vermell, el verd i el blau. Si controlem aquesta barreja de colors, podem obtenir una gamma immensa de colors en els LED. Per controlar els colors només cal fer passar més o menys corrent per un o altre semiconductor. Per exemple si només passa corrent pel vermell i pel verd el color que obtenim serà el groc. 

Avantatges dels LED

Consumeixen menys energia que els llums convencionals. Les bombetes normals emeten llum però també calor. La calor és energia que perdem. Els LED també perden energia en forma de calor, però en quantitats molt menors, i això fa que gairebé tota l'energia que consumeixen s'utilitzi en donar llum i no calor. El 80% de l'energia que consumeix un LED es transforma en llum, mentre que una bombeta convencional només transforma en llum el 20% del que consumeix i tota la resta es perd.

L'altre gran avantatge dels LED és el temps de durada, que és molt més gran. Mentre que una bombeta normal compta amb una vida útil d'unes 5.000 hores, la vida útil d'un LED és superior a les 100.000 hores de llum, pràcticament 11 anys d'emissió lumínica contínua.

Com funcionen les làmpades LED

El que fa la tecnologia LED és agrupar diferents díodes en una mateixa placa perquè d'aquesta manera, la suma de tots els díodes formin una sola làmpada LED.

D'aquesta manera, és possible graduar la intensitat i constància de la llum. La principal característica que tenen els díodes és que, en ser molts "micro-punts" generadors de llum", pot fallar un, però mai fallaran tots. Per això la seva llum és més constant i el seu rendiment més fiable. A més, es dóna la particularitat que aquests díodes són tremendament eficients a l'hora d'aprofitar l'energia i transformar-la en llum. Per aquest motiu, amb menys energia, serem capaços de generar més llum que amb la tecnologia convencional.

Durant la ultima dècada han aparegut una gran varietat de xips LED, amb diferents formes i prestacions, millorant-ne contínuament el seu rendiment. Son LED de alta lluminositat, amb grans prestacions lumíniques.

Canviar la làmpada d'un aparell

Per procedir al canvi de làmpada, assegureu-vos que l'aparell no ha estat funcionant recentment perquè encara podria estar calent, si fos així, deixeu que es refredi durant uns minuts.

Per evitar possibles descàrregues o electrocucions, assegureu-vos de desconnectar l'aparell del corrent elèctric.

Si fos necessari, procureu-vos el manual d'instruccions de l'aparell, on trobareu les especificacions tècniques i com accedir a la làmpada en l'apartat de manteniment de l'aparell.

A continuació, traieu acuradament la làmpada fosa subjectant-la per la part del casquet que està encaixada al portalàmpades.

Quan hagueu extret la làmpada substituïu-la per una de nova de les mateixes característiques.

Assegureu-vos que la làmpada està correctament subjecta. Finalment, tanqueu de nou l'aparell, endolleu-lo al corrent i comproveu que funciona correctament.

ATENCIÓ: No toqueu la part de vidre de la làmpada per què podria afectar a la vida útil del producte. Si durant la instal·lació toqueu el vidre de la làmpada, netegeu-la amb un drap humitejat amb alcohol.