En la vivienda y en cualquier ambiente podemos conseguir unos niveles de iluminación acordes con nuestro estado anímico.
Así, en un momento de recogimiento podemos crear un estado de penumbra reconfortante y, una vez pasado, volver al nivel de luz anterior.
Todo lo que vamos a tratar, a continuación, tiene que ver con ello.
La regulación y el control de la luz artificial.
Regular la luz es variar su intensidad, adaptándola a un nivel deseado.
Y controlarla es interrelacionarse con ella y saber su estado y valor, incluso a distancia.
La regulación y control de la luz ocupa los primeros puestos de consideración de ahorro energético, suponiendo que el 15% del consumo, que se atribuye al alumbrado, siga siendo cierto.
El género humano, a través del tiempo, ha estado acostumbrado a los distintos niveles y contrastes que le proporcionaba la luz natural.
No era de extrañar, por ello, que una vez inventada la luz artificial, con sus distintas fuentes emisoras, no se investigase la posibilidad de regularla.
Los objetivos perseguidos se centraban, en un principio, sólo en su regulación y en este momento podemos decir que hay soluciones para prácticamente todas las fuentes de luz.
Insistimos en ello: podemos regular “prácticamente” todas las fuentes de luz.
La salvedad se refiere a las que basan su funcionamiento en la descarga y de éstas, las lámparas de vapor de mercurio con halogenuros metálicos, pueden ser una excepción. El motivo es la inestabilidad de su tono de emisión, en el momento de regularla.
Sin embargo no podemos ser categóricos ya que en estos momentos hay alternativas que parecen entrever un futuro de regulación continua para esta fuente, a partir del 50% de su emisión luminosa.
Para centrarnos en la explicación que sigue debemos, necesariamente, catalogar, de nuevo, las fuentes de luz existentes:
Como más antiguas tenemos las bombillas incandescentes, con sus diversas formas, estándar, esférica, vela, reflectora, espejo o spot, sofitos, etc.
Después, en una época más próxima a nuestros días, apareció la versión incandescente halógena, con sus variantes: bajo voltaje, dicroica, lineal a tensión de red, doble envoltura y reflectora halógena.
Mientras tanto habían ido surgiendo las lámparas de descarga, como la de vapor de mercurio de baja presión, conocida familiarmente como fluorescente, vapor de mercurio alta presión, luz mezcla, vapor de sodio baja presión, vapor de sodio alta presión, vapor de mercurio con halogenuros metálicos, y xenón.
Si no estamos acostumbrados a trabajar con ellas puede confundirnos tal cantidad y variedad, por ello vamos a situarlas en una de sus aplicaciones típicas para poder reconocerlas, ya que, desde su aparición, nos acompañan en nuestro quehacer diario.
Bombilla estándar: La de siempre, la que suele ponerse, de forma provisional, cuando nos entregan una vivienda, donde cuelgan del techo unos portalámparas conocidos como “de obra”.
La esférica y vela se instalan en los cuartos de baño y en las arañas de cristal.
La reflectora y la spot, en los escaparates.
El modelo sofito, en los cuadros.
Las halógenas dicroicas de bajo voltaje (12 V) han irrumpido en nuestra vivienda para resaltar espacios, rincones y después, entradas a las mismas.
No imaginamos, en este momento, un hall sin aros empotrables con halógenas dicroicas.
La lámpara fluorescente podemos situarla en las oficinas y garajes, también en supermercados.
La versión de vapor de mercurio en las Iglesias y en las calles.
La de sodio baja presión en las lindes de las naves industriales, como lámpara de seguridad (puede estar encendida toda la noche con un consumo mínimo).
El tipo de sodio alta presión en las autopistas y últimamente en el alumbrado público.
Las lámparas de halogenuros metálicos en las tiendas muy iluminadas, boutiques y en proyectores para fachadas y rótulos.
Finalmente las de xenón se utilizan en los proyectores de los cines y recientemente las llevan algunos vehículos como alumbrado de cruce e intensivo, cómo opción, con un importante suplemento económico.
¿Verdad, que indicado así, nos son más familiares y hasta podemos justificar la enorme cantidad de tipos catalogados?
Todas las aludidas son susceptibles, en mayor o menor grado, de regularse, excepto una, la de sodio baja presión y no es relevante,
Pero, ¿por qué ese afán por regular?
Citaremos varios motivos:
• Ahorro de consumo y ahorro por reposición ya que una fuente de luz regulada sufre menos desgaste.
• Confort. El órgano de la vista padece menos ya que también necesita momentos de descanso.
• Finalmente, la estética del diseño nos obliga a buscar nuevas soluciones que sorprenden a propios y a extraños.
Curiosamente, ahorro, confort y diseño, conceptos que a todos suenan, constituyen el “leiv-motiv” de nuestra sociedad.
¿Cómo empezar a regular?
La regulación de la luz incandescente.
Con varios encendidos podemos resolver el problema de forma elemental. Por ejemplo, en una tienda muy concurrida, a medida que haya menos clientes podemos ir apagando zonas, de forma gradual y muy estudiada, logrando un objetivo loable: no derrochar. Si además esos apagados están programados en base a un estudio previo, podremos conseguir que no se note en exceso.
En los teatros, y a principio del siglo pasado, se puso en marcha un sistema que consiguió lograr lo que se pretendía, es decir, descensos progresivos del nivel luz, para destacar anocheceres, o al revés, amaneceres o para apagar el alumbrado general al empezar la función.
Nos sirve que ni pintado este ejemplo porque era sinónimo de derroche.
Lo vamos a entender enseguida.
El sistema se basaba en la utilización de un reóstato, cuyo funcionamiento es sencillo de entender. Consiste en introducir unas residencias en serie y así la intensidad que va llegando a las lámparas era cada vez menor, luciendo menos, hasta apagarse. ¡Genial¡ Pero las resistencias podían calentar la sala, con lo cual no se eliminaba el consumo no utilizado en luz, se le daba otra aplicación no pretendida.
Eliminamos este sistema de nuestro archivo, por derrochador.
No nos sirve al día de hoy.
Conocido también como diodo rectificador.
Hablar de este componente nos viene bien porque la electrónica, a partir de ahora, va a salir al paso para ayudarnos en la regulación.
El diodo es un semiconductor de silicio, preferentemente, dopado con impurezas para conseguir, en la llamada porción N un exceso de electrones y en la P una ausencia de los mismos, o presencia de huecos, que lo hace positivo.
Si unimos una porción del tipo N con una porción del tipo P, lograremos que en una alternancia de la corriente alterna sea conductor y en la otra no lo sea, es decir, conseguimos esto:
O sea, que conduzca a impulsos.
En la práctica si intercalamos un diodo en el circuito de una bombilla, observaremos, después de unos momentos de parpadeo de la misma, hasta que se caliente su filamento, que luce la mitad y si medimos el consumo prácticamente se situará en la mitad.
¡Hemos conseguido un regulador TODO-MITAD-NADA y que permite a la carga consumir toda su potencia, la mitad o cero¡
Pero buscamos algo más definitivo, con más futuro, y, prescindiendo de más pruebas, llegamos al DIMMER.
Dimmer, del ingles to dimmer, enturbiar, es un aparatito totalmente electrónico que aloja en su interior un conjunto diac-triac que permite recortar la onda desde sus inicios y de forma progresiva, consiguiendo ¡la regulación de la luz¡
El dimmer tiene normalmente el aspecto externo que vemos a continuación:
Es decir, que se integra con el resto de los mecanismos de una vivienda.
Se conecta en serie con la carga y debe dimensionarse de acuerdo ella.
Actualmente se fabrican, en este formato, para 500 W máximo y la prudencia aconseja no sobrepasar el 80% de su capacidad, es decir, en este caso 320W.
Otra forma de presentarse es:
Existen modelos de potencias muy altas, pletinas de hasta 5000 W, que además pueden asociarse para totalizar 25000 W.
Deben alojarse en armarios de control ya que no caben en cualquier sitio.
Si tenemos oportunidad de analizar el interior de un dimer como el representado anteriormente veremos una pieza curiosa que es el filtro, una ferrita bobinada de la forma siguiente:
¿Un filtro para qué?
En el acto de regular se genera mucha radiointerferencia, sobre todo en el rango de AM y los receptores de radio sintonizados en este esa gama de ondas la captan, emitiendo ruido. Para minimizarlo deben incorporarse potentes filtros, como los representados.
Hay tres tipos básicos de dimmer, uno cuyo componente principal es el diac-triac, otro que incorpora un tiristor y finalmente el que lleva un transistor MOS-FET.
¿Por qué, de nuevo, surge la variedad?
Porque las cargas pueden ser distintas y el comportamiento en el principio de la regulación puede crear intensidades no deseadas.
¿Cargas distintas? ¿No estamos hablando de lámparas y sólo de lámparas?
Si, pero no…
Vamos a explicarlo:
Las cargas son efectivamente lámparas como la versión incandescente (una de las que pueden ser reguladas) que presenta una resistencia pura R.
Sin embargo la versión halógena también puede ser una resistencia pura, si funciona a tensión de red (230V) o si se trata de una halógena a baja tensión (12V), la carga es un transformador electromagnético, que presenta una inductancia L.
Y si el transformador mencionado es electrónico, lleva en su interior una serie de condensadores, como filtros para suprimir las interferencias y presenta un comportamiento distinto.
A esta carga se la reconoce como C.
La conducta de un regulador diac-triac permite arrancar cargas resistivas e inductivas, tales como bombillas incandescentes, halógenas a tensión de red y puede conectarse al primario de un transformador electromagnético cuyo secundario de 12 V encienda una lámpara halógena dicroica.
El recorte de fase se conoce en este caso como corte de onda ascendente y se entiende porque la intensidad debe ir ascendiendo gradualmente y en el transformador electromagnético va a encontrarse con el efecto de la autoinducción, es decir, una oposición a crecer y como, inevitablemente, lo va a hacer, no se notará en demasía este efecto.
A esta acción se la conoce como recorte de onda ascendente y lo que se consigue “mordisqueando” la senoide es que la potencia proporcionada se vea mermada y por ello la luz oscila de un máximo a un mínimo y además el consumo también lo hace.
El eje de ordenadas es la intensidad y el de accisas el tiempo.
Este comportamiento se representa así:
El proceder de un regulador para el uso en trasformadores electrónicos que admitan la regulación (atención, no todos la admiten) es distinto ya que al conectarse se produce una sobreintensidad debida a los condensadores de los filtros, que necesariamente deben llevar. Por ello la regulación debe hacerse con la onda en descenso, y se les conoce como reguladores de recorte de onda descendente. Estos reguladores incorporan un transistor MOSFET.
También el eje de ordenadas es la intensidad y el de accisas el tiempo.
En este caso el recorte de la onda es descendente pero el efecto final, el de ahorro, es el mismo que el comentado anteriormente.
Esta actuación se representa así:
¡Vaya lío!
Para facilitar la selección algunos fabricantes han creado un sistema, razonablemente sencillo, para averiguar el comportamiento de un regulador, respecto a las cargas conectadas al mismo.
Consiste en un dibujo que representa una rampa ascendente y una o dos de las tres letras mencionadas.
Las cargas también llevan el mismo sistema para saber si pueden asociarse o no con los reguladores y así podemos establecer una asociación de unos con otras.
Observemos que son compatibles cuando comparten alguna letra.
Veamos como representa su comportamiento un fabricante de transformadores electrónicos:
Hemos mencionado la posibilidad de utilizar en los reguladores componentes del tipo diac-triac, tiristores y transistores MOSFET.
Uno de los motivos es, rizando el rizo, lograr tiempos de conmutación más rápidos y así conseguir que la respuesta a la acción de mover el potenciómetro sea inmediata.
Esta sofisticación hace que se fabriquen modelos como el que se presenta a continuación y que incorpora un microprocesador:
Dispone de 6 modos de funcionamiento que son los siguientes:
• Regulación de luminosidad con el potenciómetro, encendido y apagado progresivos, con el pulsador se apaga o enciende.
• Regulación de luminosidad con el potenciómetro, encendido y apagado normal, con el pulsador se apaga o enciende.
• Simulador de amanecer y ocaso, mientras esté apretado el pulsador va encendiendo y al soltar va apagando.
• Simulador de amanecer y ocaso, con una pulsación comienza a encender y con otra comienza el apagado.
• Temporizador para luz de escalera con apagado progresivo.
• Control desde el puerto serie de un ordenador.
¡Una autentica maravilla¡
La regulación de los tubos fluorescentes.
Los primeros intentos consistieron en colocar, en el equipo del tubo, un transformador de precaldeo de cátodos e intercalar un dimmer de los descritos, es decir de incandescencia. El tubo debía ser del tipo T12, es decir de 38 Ø y debía incorporar una banda de encendido a lo largo del mismo, y conectada a tierra.
Era necesario, además poner una precarga, por ejemplo una bombilla de 25W.
¡Demasiada cosas¡
En la actualidad existen balastos electrónicos regulables a disposición de quien los desee:
• Para un tubo de 18, 36 y 58 W como tubos más usuales.
• Para comandar dos tubos de 18, 36 y 58 W.
• Finalmente y de momento, con un sólo balasto poder actuar sobre 4 tubos de 18W.
Esto es importante porque el costo de un balasto para regular un tubo se aproxima al precio del que actúa sobre dos.
Lo mejor, desde el punto de vista económico, es colocar el menor número de balastos para regular el mayor número de tubos.
Por desgracia no se fabrican, de momento, balastos regulables para cuatro tubos de 36 W.
Existen dos formas de regulación:
1. Con balastos electrónicos regulables, analógicos.
2. Con balastos electrónicos regulables digitales.
Balastos electrónicos regulables analógicos.
¿Cómo son los balastos de esta categoría?
Tienen unas medidas parecidas a las que aparecieron antes, que descubren la posibilidad de incorporarlo en cualquier luminaria o regleta fluorescente:
Basan su funcionamiento en un estándar, conocido como 1-10 V C.C., consistente en incorporar en su interior una fuente de tensión continua conectada a los bornes ± 1-10 V.
¿Cómo se les impulsa?
De dos formas: Una activa, conectando a esos bornes una tensión, continúa, por supuesto, en oposición y variable de 1 a 10 V, solución que casi no se utiliza.
Otra, pasiva, que consiste en conectar los bornes ± de un potenciómetro especial a los bornes ± del balasto.
¿Qué ocurre si se cortocircuitan esos bornes, es decir, si se les puentea?
No pasa nada, simplemente que el nivel de emisión de luz desciende al mínimo y así pueden estar indefinidamente.
• Ahorrar consumo, hasta un 75 %, aprovechando la luz natural.
• Permitir un encendido, casi instantáneo, en situaciones de frío intenso, por ejemplo -20º C.
• Permitir un ahorro importante en lugares de paso poco frecuentes, al estar en situación de espera (nivel mínimo).
Justificación de lo expuesto en el párrafo anterior.
Imaginemos una fotocélula o fotorresistencia como la representada a continuación:
Puede actuar sobre varias luminarias, regulándolas para conseguir un nivel deseado de 500 lux, por ejemplo en el plano de trabajo, jugando con la aportación de luz que entra por la ventana y así ahorrando energía, hasta un 75%.
El otro punto mencionado.
Sabida es la dificultad de encender un tubo fluorescente a temperaturas bajo cero.
Pues bien, gracias a la situación de espera, cortocircuitando los bornes ± 1-10 V, se puede lograr un encendido instantáneo, al quitar ese puente, lo que significa una gran seguridad en el trabajo.
Vamos a por el tercer ejemplo.
Imaginemos un almacén muy visitado, que por su gran superficie obliga a una iluminación general…
Podemos eliminarla, activando sólo los lugares donde se va a dejar la mercancía.
Con detectores de presencia que cortocircuiten los balastos donde no hay actividad, dejando los tubos listos para activarlos cuando sea necesario.
Hemos visto utilidades de la regulación analógica de los tubos fluorescentes y aplicaciones para ahorrar.
La regulación de las lámparas compactas integradas.
Son aquellas que llevan casquillo E 27 o E 14.
Hasta hace poco no se podían regular.
Después salió al mercado un modelo que se podía regular al 50% , simplemente mediante una simple desconexión y conexión en un intervalo de 3 segundos. Gracias a este sistema se podía conseguir un ahorro del 50%.
Finalmente ha aparecido la regulable con dimmer.
Cuando hablemos del sector industrial trataremos de otros sistemas, digitales, de regulación.
