Así funcionan...fluorescentes, CFL y LEDS

FUNCIONAMIENTO DE LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES

Esquema del circuito eléctrico de una lámpara fluorescente de 20 watt de potencia:
 1. Entrada de la.corriente alterna. 
2. Cebador. 
3. Filamentos de tungsteno. 
4.Tubo de descarga de luz fluorescente.
5. Balasto o inductancia. 
6. Capacitor o filtro.

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Cuando activamos el interruptor de una lámpara de luz fluorescente que se encuentra conectada a la red doméstica de corriente alterna, los electrones comienzan a fluir por todo el circuito eléctrico, incluyendo el circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador (estárter). El flujo de electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el gas neón (Ne) contenido también dentro de la cápsula de cristal se encienda. El calor que produce el gas neón encendido hace que la plaquita bimetálica que forma parte de uno de los dos electrodos del cebador se curve y cierre un contacto eléctrico dispuesto entre ambos electrodos. Cuando el contacto del cebador está cerrado se establece el flujo de corriente eléctrica necesario para que los filamentos se enciendan, a la vez que se apaga el gas neón. Los filamentos de tungsteno encendidos provocan la emisión de electrones por caldeo o calentamiento y la ionización del gas argón (Ar) contenido dentro del tubo. Esto crea las condiciones previas para que, posteriormente, se establezca un puente de plasma conductor de la corriente eléctrica por el interior del tubo, entre un filamento y otro. La plaquita bimetálica del cebador, al dejar de recibir el calor que le proporcionaba el gas neón encendido, se enfría y abre el contacto dispuesto entre los dos electrodos. De esa forma el flujo de corriente a través del circuito en derivación se interrumpe, provocando dos acciones simultáneas: a. Los filamentos de la lámpara se apagan cuando deja de pasar la corriente eléctrica por el circuito en derivación. b. El campo electromagnético que crea en el enrollado del balasto la corriente eléctrica que también fluye por el circuito donde éste se encuentra conectado, se interrumpe bruscamente. Esto provoca que en el propio enrollado se genere una fuerza contraelectromotriz, cuya energía se descarga dentro del tubo de la lámpara, en forma de arco eléctrico. Este arco salta desde un extremo a otro del tubo valiéndose de los filamentos, que una vez apagados se convierten en electrodos de la lámpara. Bajo estas nuevas condiciones, la corriente de electrones, que en un inicio fluía a través del circuito en derivación de la lámpara donde se encuentra conectado el cebador, comienza hacerlo ahora atravesando interiormente el tubo de un extremo a otro, valiéndose de los dos electrodos. La fuerte corriente que fluye por dentro del tubo provoca que los electrones comiencen a chocar con los átomos del gas argón, aumentando la cantidad de iones y de electrones libres. Como resultado se crea un puente de plasma, es decir, un gas compuesto por una gran cantidad de iones y de electrones libres, que permite que estos se muevan de un extremo a otro del tubo. Esos electrones libres comienzan a chocar con una parte de los átomos de mercurio (Hg) contenidos también dentro del tubo, que han pasado del estado líquido al gaseoso debido a la energía que liberan dichos electrones dentro del tubo. Los choques de los electrones libres contra los átomos de mercurio excitan a sus electrones haciendo que liberen fotones de luz ultravioleta. Los fotones de luz ultravioleta, invisibles para el ojo humano, impactan a continuación contra la capa de fósforo (P) que recubre la pared interior del tubo fluorescente. El impacto excita los electrones de los átomos fósforo (P), los que emiten, a su vez,  fotones de luz visible, que hacen que el tubo se ilumine con una luz fluorescente blanca. El impacto de los electrones que se mueven por el puente de plasma contra los dos electrodos situados dentro del tubo, hace que estos se mantengan calientes (a pesar de que los filamentos se encuentran ya apagados). Mantener caliente esos dos electrodos se hace necesario para que la emisión de electrones continúe y el puente de plasma no se extinga. De esa forma, tanto el ciclo de excitación de los átomos de vapor de mercurio como el de los átomos de fósforo dentro del tubo continúa, hasta tanto activemos de nuevo el interruptor que apaga la lámpara y deje de circular la corriente eléctrica por el circuito.

ASÍ FUNCIONA LA LÁMPARA CFL El funcionamiento de una lámpara fluorescente ahorradora de energía CFL es el mismo que el de un tubo fluorescente común, excepto que es mucho más pequeña y manuable. Cuando enroscamos la lámpara CFL en un portalámpara  (igual al que utilizan la mayoría de las lámparas incandescentes) y accionamos el interruptor de encendido, la corriente eléctrica alterna fluye hacia el balasto electrónico, donde un rectificador diodo de onda completa se encarga de convertirla en corriente directa y mejorar, a su vez, el factor de potencia de la lámpara. A continuación un circuito oscilador, compuesto fundamentalmente por un circuito transistorizado en función de amplificador de corriente, un enrollado o transformador (reactancia inductiva) y un capacitor o condensador (reactancia capacitiva), se encarga de originar una corriente alterna con una frecuencia, que llega a alcanzar entre 20 mil y 60 mil ciclos o hertz por segundo. La función de esa frecuencia tan elevada es disminuir el parpadeo que provoca el arco eléctrico que se crea dentro de las lámparas fluorescentes cuando se encuentran encendidas. De esa forma se anula el efecto estroboscópico que normalmente se crea en las antiguas lámparas  fluorescentes de tubo recto que funcionan con balastos electromagnéticos (no electrónicos). En las lámparas fluorescentes antiguas el arco que se origina posee una frecuencia de sólo 50 ó 60 hertz, la misma que le proporciona la red eléctrica doméstica a la que están conectadas. Para el alumbrado general el efecto estroboscópico es prácticamente imperceptible, pero en una industria donde existe maquinaria funcionando, impulsadas por motores eléctricos, puede resultar peligroso debido a que la frecuencia del parpadeo de la lámpara fluorescente se puede sincronizar con la velocidad de giro de las partes móviles de las máquinas, creando la ilusión óptica de que no están funcionando, cuando en realidad se están moviendo. En las lámparas CFL no se manifiesta ese fenómeno, pues al ser mucho más alta la frecuencia del parpadeo del arco eléctrico en comparación con la velocidad de giro de los motores, nunca llegan a sincronizarse ni a crear efecto estroboscópico. Desde el mismo momento en que los filamentos de una lámpara CFL se encienden, el calor que producen ionizan el gas inerte que contiene el tubo en su interior, creando un puente de plasma entre los dos filamentos. A través de ese puente se origina un flujo de electrones, que proporcionan las condiciones necesarias para que el balasto electrónico genere una chispa y se encienda un arco eléctrico entre los dos filamentos. En este punto del proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, cuya misión será la de  mantener el arco eléctrico durante todo el tiempo que permanezca encendida la lámpara. El arco eléctrico no es precisamente el que produce directamente la luz en estas lámparas, pero su existencia es fundamental para que se produzca ese fenómeno. A partir de que los filamentos de la lámpara se apagan, la única misión del arco eléctrico será continuar y mantener el proceso de ionización del gas inerte. De esa forma los iones desprendidos del gas inerte al chocar contra los átomos del vapor de mercurio contenido también dentro de tubo, provocan que los electrones del mercurio se exciten y comiencen a emitir fotones de luz ultravioleta. Dichos fotones, cuya luz no es visible para el ojo humano, al salir despedidos chocan contra las paredes de cristal del tubo recubierto con la capa fluorescente. Este choque de fotones ultravioletas contra la capa fluorescente provoca que los átomos de fluor se exciten también y emitan fotones de luz blanca, que sí son visibles para el ojo humano, haciendo que la lámpara se encienda. DIODOS PARA APLICACIONES ESPECIALES (LED'S) Existen también otros tipos, de ILUMINACIÓN mediante diodos, completamente diferentes, destinados a realizar funciones especiales en los circuitos electrónicos, como son los que se relacionan a continuación: Diodo LED (emisor de luz) Diodo láser Diodo IR (infrarrojo) Fotodiodo Diodo LED (Light Emitting Diode – Diodo emisor de luz).- Como su nombre indica, este diodo emite luz al igual que una lámpara pequeña cuando se conectan a la corriente eléctrica. En la actualidad tienen amplio uso como pilotos o testigos indicadores del funcionamiento de diferentes equipos, dispositivos, y aparatos eléctricos y electrónicos; en lámparas de linternas, en luminarias para alumbrado público de calles, en semáforos de control de tráfico, en luces de posición y cruce de los coches, en alumbrado doméstico, en paneles publicitarios y hasta en las pantallas de los últimos modelos de televisores que sustituirán en lo adelante a las hasta ahora populares pantallas planas LCD-TFT y de plasma.  Linterna provista de tres diodos LEDs  de luz azul-blanca. Los diodos LEDs tienen un consumo muy bajo de corriente eléctrica y su empleo en las pantallas de televisores puede llegar a ahorrar hasta un 80% del total de energía que consumen las actuales LCD-TFT y de plasma. Diodos LED color rojo, instalados como indicadores del funcionamiento de un dispositivo electrónico. En la foto la flecha señala el haz de un diodo láser de luz roja instalado en un dispositivo lector de CDs y DVDs. Se ha colocado un disco plástico transparente del mismo diámetro que un DVD para que se pueda observar el impacto del haz de luz sobre su superficie, tal como ocurre en un disco real.durante el proceso de lectura. Diodo láser.- Constituye un tipo especial de LED, cuya característica es emitir un haz de “luz coherente”. Se emplea en equipos lectores-grabadores de CDs y DVDs, punteros de señalización, impresoras digitales, escáneres, lectores de código de barras, equipos de cirugía, maquinaria industrial, etc. Grupo de seis diodos infrarrojos colocados en un videoportero.doméstico para visión nocturna. Diodo IR (infrarrojo).- Representa otro tipo de LED, cuya característica es emitir una luz correspondiente al espectro infrarrojo, invisible para el ojo humano. Estos diodos funcionan como dispositivos de visión nocturna cuando la luz ambiente resulta ser insuficiente. Se emplean, ampliamente, en videoporteros domésticos para ver y grabar imágenes en la obscuridad, para grabaciones de noche con videocámaras con la función “night-shot”, en mandos domésticos de control remoto para el cambio de canales en los televisores y en muchas otras aplicaciones enmarcadas dentro de los sectores de la electrónica doméstica e industrial. Fotodiodo.- Este es un elemento semiconductor de funcionamiento opuesto a los LEDs, pues en lugar de emitir luz funciona sólo al recibirla. Cuando sobre la superficie del elemento semiconductor incide algún rayo de luz, la corriente eléctrica comienza a fluir por su circuito electrónico externo, activando así al dispositivo al que está conectado. Su principal uso es como sensor en circuitos automáticos. Fotodiodo muy ampliado en el que se puede observar la superficie del semiconductor de silicio que se activa cuando recibe algún rayo de luz.