Una historia de revoluciones en la iluminación
En 2011, el Reino Unido y los Países Bajos eliminaron la venta de bombillas incandescentes. Antes de eso, Australia, Argentina e Italia habían tomado la delantera en 2010. Posteriormente, la lista de países que prohibieron la venta se amplió a la UE, Canadá y los Estados Unidos. Con 2017, la China continental también eliminó las bombillas incandescentes, y a partir de entonces no habría más bombillas incandescentes en el país.
Hace más de un siglo, en 1879, Edison llevó a la humanidad a una nueva "era de la luz" con una bombilla de filamento de tungsteno; más de un siglo después, en 2017, la bombilla incandescente, que alcanzaría la "venerable edad" de 138 años, ha envejecido, cediendo el amplio escenario a la nueva protagonista: la lámpara LED.
La histórica bombilla de filamento de tungsteno
La mayoría de las bombillas incandescentes convierten el 90% de la energía que consumen en calor inútil, y menos del 10% de la energía se convierte en luz.
«El 21 de octubre de 1879, un inventor estadounidense finalmente encendió la primera lámpara eléctrica de valor práctico del mundo tras largos y repetidos experimentos. Desde entonces, el nombre del inventor, como la lámpara eléctrica que inventó, entró en millones de hogares. Fue Edison, a quien la posteridad apodó el 'Rey de los Inventores'.»
Esta historia se extendió a millones de hogares. Aunque algunos materiales también mencionan a un estadounidense llamado Henry Goebel que, antes que Edison, utilizó filamentos de bambú carbonizado electrificados para producir luz, fue sin embargo Edison quien realmente experimentó con más de 1.600 materiales diferentes resistentes al calor y finalmente utilizó el filamento de tungsteno como filamento de la bombilla para producir luz durante largos períodos.
La bombilla de filamento de tungsteno es lo que tradicionalmente se conoce como 'lámpara incandescente'. En 1906, General Electric inventó un método para fabricar filamentos de tungsteno para lámparas eléctricas, resolviendo finalmente el problema de la producción económica de filamentos de tungsteno. Las bombillas de filamento de tungsteno entraron en los hogares comunes y se siguen utilizando hasta hoy.
Sin embargo, tanto el auge como la caída de la lámpara incandescente se deben al filamento de tungsteno. Las sutiles diferencias en la resistencia eléctrica a lo largo del filamento causan temperaturas desiguales; donde la resistencia es mayor, la temperatura sube más, lo que hace que el tungsteno se sublime más rápido, lo que hace que el filamento se vuelva más delgado, aumentando aún más la resistencia en un ciclo que finalmente hace que el filamento se queme. Este problema afectó durante mucho tiempo la vida útil de las bombillas, hasta que los ingenieros descubrieron que reemplazar el vacío con un gas inerte podía ralentizar la sublimación del tungsteno. Hoy en día, la mayoría de las bombillas están llenas de nitrógeno, argón o criptón, con una vida útil típica de alrededor de 1.000 horas.
Un siglo después, las lámparas incandescentes tuvieron que enfrentarse al dilema de abandonar la escena histórica. La mayoría de las lámparas incandescentes convierten el 90 % de la energía consumida en calor inútil, y menos del 10 % se convierte en luz. Un desperdicio tan enorme selló el destino de las lámparas incandescentes, que estaba a punto de llegar a su fin.
Para ahorrar energía y proteger el medio ambiente, varios países han establecido calendarios para eliminar progresivamente las lámparas incandescentes: Australia, Argentina e Italia fueron los primeros en detener la venta de lámparas incandescentes en 2010; el Reino Unido y los Países Bajos en 2011; la UE y Canadá en 2012; los Estados Unidos en 2014; y la China continental será la última en dejar de vender bombillas incandescentes en 2017.
La lámpara fluorescente que vino después
Las lámparas fluorescentes tienen una alta eficiencia luminosa y una gran superficie de emisión de luz. Su eficiencia energética es cercana al 40 %, y el calor que generan es solo 1/6 del de una lámpara incandescente del mismo brillo.
Sobre los hombros del «gigante» que era la lámpara incandescente, la aparición de las lámparas fluorescentes parecía una progresión natural. En 1910, el francés A. Claude inventó la lámpara de descarga de neón. Llenó mercurio en la lámpara para crear un tubo que emitía luz azul, y posteriormente recubrió la pared interior del tubo con polvo fluorescente para crear un tubo que emitía luz blanca.
En 1939, en las Exposiciones Universales de Nueva York y Los Ángeles, se presentó la primera lámpara fluorescente práctica. La "lámpara fluorescente", una fuente de luz eléctrica que utiliza fósforo para convertir los rayos ultravioletas generados durante el proceso de descarga de vapor de mercurio a baja presión en luz visible, nació oficialmente. Las lámparas fluorescentes generalmente se fabrican en forma tubular, conocidas comúnmente como "tubos de luz". Ofrecen alta eficiencia luminosa y una gran área de emisión, con una eficiencia energética cercana al 40%, produciendo solo una sexta parte del calor de una lámpara incandescente de la misma luminosidad. Además, las lámparas fluorescentes emiten una luz suave, tienen una larga vida útil y pueden aproximarse al color de la luz diurna o a otros colores de luz, lo que las convierte en una excelente fuente de iluminación interior.
Reducir el diámetro de los tubos de las lámparas fluorescentes mejoró la eficiencia luminosa y dio lugar a la "lámpara de bajo consumo". El nombre oficial de las lámparas de bajo consumo es lámparas fluorescentes compactas de tres bandas de tierras raras, que nacieron en la década de 1970 en Philips en los Países Bajos. Las lámparas de bajo consumo tienen un tamaño similar al de las lámparas incandescentes y utilizan la misma interfaz de casquillo, por lo que pueden reemplazar directamente a las lámparas incandescentes. Al ofrecer la misma salida de luz, estas lámparas consumen solo entre 1/5 y 1/4 de la electricidad de las lámparas incandescentes ordinarias, ahorrando grandes cantidades de energía y costes de iluminación, de ahí el nombre de "lámpara de bajo consumo".
Las lámparas HID que iluminan la noche
Una lámpara HID estándar produce más de tres veces el flujo luminoso de una lámpara ordinaria, con temperaturas de color que van desde 3000K hasta más de 12000K. Es adecuada para iluminación nocturna e iluminación de calles.
Mientras las lámparas fluorescentes se estaban desarrollando, otra rama de las bombillas también estaba evolucionando. En 1932, las lámparas de mercurio a alta presión salieron a la venta, marcando el comienzo de las lámparas HID (High Intensity Discharge).
En 1961, Gilbert Reiling de General Electric presentó la primera patente de una lámpara de halogenuros metálicos, una lámpara adecuada para iluminación comercial, de calles e industrial. Tres años después, en 1964, se exhibió en la Exposición Universal, asombrando al público.
Poco después, General Electric introdujo su lámpara de sodio de alta presión en 1965. La familia de lámparas HID comenzó a expandirse significativamente. Las lámparas de xenón rompieron con el principio incandescente de filamento de tungsteno inventado por Edison: se llena gas xenón inerte a alta presión dentro de tubos de arco de cuarzo en lugar del filamento tradicional, con mercurio y compuestos de carbono en los dos electrodos. Un balasto entrega una corriente de alta tensión de 23.000 voltios para estimular al xenón a emitir luz.
El flujo luminoso de una lámpara HID estándar es más de tres veces el de una lámpara común, y la temperatura de color de las lámparas HID varía de 3000K a más de 12000K. El color de la luz alrededor de 6000K es el más cercano al de la luz solar del mediodía, ofreciendo la mayor aceptación y comodidad para el ojo humano. Cuando dicha iluminación se utiliza para la iluminación nocturna de vehículos y el alumbrado público, reduce eficazmente la fatiga visual del conductor, y el aumento del brillo de las luces del vehículo también amplía significativamente el rango visual frente al vehículo, creando así condiciones de conducción más seguras.
LED, la fuente de luz de cuarta generación
Algunos han señalado que los LED de alto brillo se situarán entre los mayores inventos de la historia de la humanidad desde la bombilla incandescente de Edison.
Al entrar en el siglo XXI, un nuevo protagonista comenzó a emerger en el escenario de la iluminación: la lámpara LED.
¿Qué es un LED? LED significa Light Emitting Diode, la abreviatura en inglés de diodo emisor de luz. De hecho, apareció muy temprano: en 1964 surgió por primera vez el diodo emisor de luz rojo, seguido del LED amarillo. Hasta 1994 no se desarrollaron con éxito los LED azules y verdes. En 1996, la empresa japonesa Nichia desarrolló con éxito el LED blanco.
Con sus características inherentes —como la eficiencia energética, la larga vida útil, la resistencia a las vibraciones, la rápida respuesta y la fuente de luz fría—, el LED se utiliza ampliamente en luces indicadoras, luces de señalización, pantallas, iluminación de paisajes y otros campos, y está presente en todas partes de nuestra vida cotidiana: electrodomésticos, teléfonos, iluminación del tablero, faros antiniebla para automóviles, semáforos y más.
Inicialmente, debido a limitaciones como la poca luminosidad y el alto costo, los LED no podían promoverse como fuente de iluminación general. Sin embargo, en los últimos años, con la profundización de la investigación sobre materiales semiconductores luminiscentes, la mejora continua de los procesos de fabricación de LED y el desarrollo y aplicación de nuevos materiales (cristales de nitruro y fósforos), se han logrado avances revolucionarios en los LED de ultra alta luminosidad de varios colores. Su eficiencia luminosa ha aumentado casi 1.000 veces, y en cuanto a la cromaticidad se han logrado todos los colores del espectro visible. Lo más importante es que la aparición de los LED blancos de ultra alta luminosidad ha hecho posible que las aplicaciones de los LED se extiendan al mercado de fuentes de iluminación de alta eficiencia. Se ha dicho que los LED de alta luminosidad serán uno de los mayores inventos de la humanidad desde que Edison inventó la bombilla incandescente.
"En comparación con la iluminación tradicional, la iluminación LED actual todavía tiene muchas deficiencias. Por ejemplo, las fuentes de luz LED tienen un alto brillo superficial, lo que puede causar deslumbramiento si el diseño óptico es deficiente; los productos de iluminación LED tienen poca intercambiabilidad, ya que los productos de diferentes empresas no son intercambiables; los productos de iluminación LED carecen de estándares y los métodos de prueba aún no están completos; los productos de iluminación LED son muy caros y su relación calidad-precio aún no es ideal", señaló en su análisis el profesor Zhou Taiming, del Departamento de Fuentes de Luz e Ingeniería de Iluminación de la Universidad de Fudan. "Sin embargo, la iluminación LED no produce radiación ultravioleta y no contiene mercurio; en comparación con la iluminación tradicional, la iluminación LED es más ecológica y produce menos contaminación lumínica."