¿Dónde y cuándo se incorporan las lámparas de halogenuros metálicos con quemador cerámico al fascinante mundo del alumbrado?
Las más antiguas observaciones sobre descargas eléctricas en gases enrarecidos se remontan al siglo XVII. En 1676, poco después de la invención del Barómetro de mercurio por Torricelli, los científicos comenzaron a informar sobre fenómenos de producción de luz en el vacío sobre mercurio. En los siglos siguientes se hicieron populares los experimentos en máquinas eléctricas que producían efectos luminosos dentro de globos de vidrio bajo vacío. Podríamos decir, que la investigación propiamente dicha, tuvo su comienzo en 1856 cuando el soplador de vidrio H.Deissler experimentando con descargas eléctricas en tubos de vidrio al vacío descubrió que a una cierta presión éstos emitían una luz violeta brillante, se observó que el fenómeno luminoso cambiaba por reducción de la presión en los tubos o por adición de otros gases.
Pero veamos antes de adentrarnos en el mundo de la descarga cuáles fueron los pasos hasta llegar aquí. Tendríamos que remontarnos casi al comienzo de la humanidad cuando el hombre aprendió a controlar el fuego, el cual no se usaba prioritariamente como fuente de luz, sino como fuente de calor y como protección contra los animales. Poco tiempo debió de pasar para que con ramas de árboles resinosos se construyera la primera luz portátil. Desde este punto hasta llegar a la familia de lámparas que nos ocupa en este artículo podríamos indicar 4 grades pasos o etapas en la historia del alumbrado:
La primera etapa está traspasada por el deseo de conseguir una llama constante, sin necesidad de prestarle atención durante largos periodos de tiempo. La edad de piedra estuvo iluminada por lámparas de aceite y los romanos, entre otros de sus legados, nos dejaron las velas.
El siguiente paso tuvo lugar hace unos 225 años cuando se consiguió un incremento importante en la emisión de la llama con el quemador tubular de Argand. Este hecho constituye el comienzo de la era de la tecnología del alumbrado.
La tercera fase la tenemos bien cercana hace algo más de 100 años, cuando se abandona la llama como fuente de luz en favor de los cuerpos sólidos incandescentes: la lámpara de gas con la camisa de Auer y lámpara eléctrica incandescente fueron dos grandes inventos. Me sorprendió pensar lo cerca y lejos que se encuentran estos hechos de nosotros al ver una chapa de principio del siglo XX en un hotel en la que se indicaba: “No usar cerilla para encender esta lámpara”.
Finalmente en la segunda década del siglo XX, se hace posible la generación de luz sin apenas producir calor. Mediante las denominadas lámparas de descarga. Cuyo desarrollo está completamente activo en la actualidad. En los últimos 30 años se está produciendo un gran avance en lo que podrá llegar a ser una gran revolución en el mundo del alumbrado, la descarga en sólidos, o lo que es lo mismo los LEDs (Luz Emitida por un Diodo).
Pero volvamos al fenómeno que nos ocupa. Las lámparas de Halogenuros metálicos se encuentran dentro de la familia de lámparas de alta presión bajo funcionamiento de descarga en mercurio. El desarrollo de la lámpara de Vapor de Mercurio comenzó en 1906 cuando se consiguió la primera lámpara de estas características. Pero la producción en serie de esta lámpara era problemática debido a que, para soportar las altas temperaturas y presión se realizaba en cuarzo, y este material presentaba una gran dificultad para conseguir un sellado hermético con los hilos de conexión. Fue en los años 30 cuando se consiguió mejorar las lámparas de mercurio de alta presión, Philips en 1935 encontró un procedimiento para sellar con seguridad los hilos de tungsteno en el cuarzo, a la vez que se pudo incrementar la presión del gas consiguiendo así una gran mejora en distribución espectral de la luz emitida. En 1934 se descubrió un recubrimiento fluorescente que podía resistir la intensa radiación ultravioleta de a lámpara de mercurio de alta presión, el sulfuro de cadmio, aunque su efecto de corrección de color tan solo era moderado. Tras la Segunda Guerra Mundial se probaron otras sustancias fluorescentes, entre las que se encuentran el Vanadato de Ytrio que se sigue utilizando en la actualidad.
En 1961 se presentó una patente de una lámpara de mercurio de alta presión en la que se habían añadido compuestos halógenos de ciertos metales al relleno del vapor de mercurio, a esta lámpara se le denominó Lámpara de Halogenuros Metálicos y apareció en el mercado en 1964. Su gran aporte fue que, además de incrementar ampliamente la capacidad de reproducir los colores, se incrementaba la eficacia de la lámpara, es decir, conseguía dar mucha más luz por la misma potencia consumida.
Desde este momento, los investigadores perseguían con insistencia mejorar la reproducción del color proporcionado a la vez una mayor cantidad de luz, sin que estos incrementos repercutiesen negativamente en la vida de la lámpara.
Las lámparas de halogenuros metálicos de cada fabricante pueden ser bien diversas puesto que cada combinación de metales empleada, genera una radiación con diferencias tanto en la temperatura de color como en la reproducción cromática y cantidad de luz emitida. Al menos en teoría, pueden usarse 50 tipos de metales diferentes para dosificar las lámparas con halogenuros metálico, por eso es fácil entender que los distintos fabricantes hayan introducido diversas combinaciones en el mercado.
Centrándonos en los llamados halogenuros metálicos compactos o de menor potencia (rango entre 35W y 250W), especialmente instalados en proyectos de interior donde la estabilidad del color de la lámpara y su capacidad para reproducir los colores es esencial (esto es también importante en elementos publicitarios o decorativos en exteriores) se han conseguido grandes avances en los últimos años. En este tipo de instalación encontrábamos una doble dificultad en el uso de los halogenuros metálicos. Ésta consiste en la distorsión de color entre dos lámparas iguales desde el inicio de su vida (unas lámparas aparecen más verdosas y otras más azuladas); y en la propia distorsión de color que sufre la lámpara a lo largo de su vida.
La causa de esta distorsión tiene su origen en el hecho de usar un quemador de cuarzo. El no poder encontrar dos lámparas iguales se debe al comportamiento del cuarzo ante los cambios de temperatura que se producen en la fabricación. Es prácticamente imposible fabricar dos lámparas que tengan exactamente las misma características físicas, puesto que el cuarzo en cada momento del proceso de calentamiento y enfriado modifica su forma un tanto aleatoriamente, esto provoca las diferencias en el haz de luz entre dos lámparas fabricadas en el mismo momento.
El cambio en la apariencia de color a lo largo de la vida se debe a otro factor: la migración del sodio a través del cuarzo, el ión de sodio es tan pequeño que es capaz de escapar por la estructura cristalina del cuarzo. La perdida de sodio torna el color de la lámpara a un blanco más azulado puesto que va perdiendo componente roja que es la producida por el sodio. La migración del sodio produce además un ennegrecimiento del bulbo exterior que se traduce en una perdida de flujo elevada.
Desde 1964 hasta 1994 no se producen grandes desarrollos en este tipo de lámparas. El gran avance fue conseguir combinar dos tecnologías existentes y probadas en el mercado:
1. El tubo de descarga en material cerámico, PCA (Poly Crystaline Alumina), usado ya en las lámparas de sodio blanco y en otras lámparas de sodio, que son bien conocidas por su estabilidad y color.
2. Halogenuros metálicos: Yoduro mezclado con tierras raras. La adicción de esta mezcla en el tubo de descarga, que se usa en la lámpara de halogenuros metálicos produce una luz blanca de gran eficacia. Esta tecnología consiste en mezclar diferentes elementos metálicos como Sodio, Talio, Dysprosio, Tulio, Holmio ligados químicamente con el Yoduro y mezclados en el tubo de descarga con vapor de mercurio.
La combinación de estas dos tecnologías da nombre a la lámpara Mastercolour ó CDM (Ceramical Discharge Metalhalide). Su gran familia aparece en la tabla siguiente:
El uso del material cerámico para la fabricación del tubo de descarga tiene varias ventajas al compararlo con la utilización del cristal de cuarzo.
- Estabilidad de color a lo largo de la vida. No existe migración del sodio a través del material cerámico, como consecuencia de esto la apariencia del color de la lámpara se mantiene estable durante toda su vida. La migración del sodio induce un cambio en el balance químico dentro del tubo de descarga lo que origina un perceptible cambio en la apariencia de color de la lámpara que se torna azulada-verdosa. 
- Sin diferencia de color entre dos lámparas debido a la geometría del tubo bien controlada. Cuando trabajamos con quemadores de cuarzo es muy difícil llegar a construir dos quemadores exactamente iguales. Debido a la deformación que sufre el cuarzo por calentamientos y enfriamientos a lo largo de la construcción de la lámpara. El material cerámico una vez fabricado ya no se deforma. Esto significa que todas las lámparas de Mastercolour tendrán el mismo volumen de quemador lo que se traduce en que todas trabajen prácticamente bajo las mismas características físicas (presiones, tensión de arco...) Como consecuencia las dispersiones de color que tanto se dan en la tecnología de cuarzo son casi inapreciables entre dos lámparas de Mastercolour.
- Mejor Reproducción cromática debido a una mayor temperatura de funcionamiento dentro del tubo de descarga. Gracias a este incremento de la temperatura los metales que componen el gas de descarga tendrán más niveles energéticos disponibles para ser excitados por la corriente de electrones que circula por el tubo, lo que se traduce en una mayor producción de líneas espectrales, por lo tanto en una mayor reproducción de los colores. Existen lámparas de quemador cerámico en dos temperaturas de color con distinta reproducción cromática: 830 (Tc 3.000Ky Ra>80) y 942(Tc 4.200K y Ra>90) En ambos casos superan con creces la reproducción de color de la misma lámpara con quemador de cuarzo, que en el caso de la temperatura cálida de 3.000k tan solo tiene un moderado Ra de70 y en el caso de la lámpara de 4.200k tiene un Ra de 80.
- Haz de luz homogéneo en su color. Al contar con una temperatura más elevada obtendremos una mayor estabilidad del arco de descarga, lo que se traduce en que la homogeneidad de la luz emitida por el arco es también mayor que la que se produce en el tubo de descarga de cuarzo. Esta homogeneidad se incrementa aún más cuando la luz pasa a través del material cerámico que se encarga de armonizar la mezcla de colores.
- Mayor rendimiento del conjunto lámpara-equipo-luminaria. La forma del quemador fue uno de los grandes puntos de discusión cuando se quiso determinar cuál era la mejor simetría del quemador para obtener los mejores resultados. Si se optaba por un quemador esférico, teníamos la ventaja de obtener un paquete lumínico de la lámpara un poco superior inicialmente, respecto al obtenido con la forma cilíndrica. Pero este incremento inicial se perdía ampliamente cuando la lámpara se introducía en una luminaria con un reflector rotacional. Los rendimientos del reflector en uno y otro caso son bien distintos. Un quemador esférico tiene un flujo inicial de 6.900 lúmenes para una lámpara de 70W y la misma potencia con el quemador cilíndrico proporciona 6.600 lúmenes. Pero cuando instalamos la lámpara con el quemador esférico en un reflector rotacional, lo que sucede es que gran parte de la luz se pierde por el cuello del reflector hacia la parte trasera, donde se encuentra el equipo (con los posibles problemas que esto puede ocasionar por el calor emitido hacia el equipo), obteniendo un rendimiento del 56% o lo que es lo mismo el flujo que es capaz de proporcionarnos el sistema es tan solo 3.850 lúmenes. Esto no sucede con la simetría cilíndrica, que obtiene un rendimiento del 70% sobre el mismo reflector proporcionando un flujo saliente de 4.620 lúmenes. Por esto, se determinó que la simetría cilíndrica es la más adecuada para obtener mayores niveles de iluminación con la menor potencia consumida cuando tenemos un reflector rotacional.
