Bombilla

Antecedentes

Desde los primeros períodos de la historia hasta principios del siglo XIX, el fuego fue la principal fuente de luz del hombre. Esta luz se produjo a través de diferentes medios:antorchas, velas , lámparas de aceite y gas. Además del peligro que presenta una llama abierta (especialmente cuando se usa en interiores), estas fuentes de luz también proporcionan una iluminación insuficiente.

Los primeros intentos de utilizar luz eléctrica fueron realizados por el químico inglés Sir Humphry Davy. En 1802, Davy demostró que las corrientes eléctricas podían calentar finas tiras de metal hasta convertirlas en calor blanco, produciendo así luz. Este fue el comienzo de la luz eléctrica incandescente (definida como resplandeciente con calor intenso). El siguiente gran desarrollo fue la luz de arco. Se trataba básicamente de dos electrodos, generalmente de carbono, separados entre sí por un espacio de aire corto. La corriente eléctrica aplicada a uno de los electrodos fluyó hacia y a través del otro electrodo dando como resultado un arco de luz a través del espacio de aire. Las lámparas de arco (o bombillas) se utilizaron principalmente en iluminación exterior; entre un gran grupo de científicos seguía la carrera por descubrir una fuente útil de iluminación interior.

La principal dificultad que frenó el desarrollo de una luz incandescente comercialmente viable fue encontrar elementos brillantes adecuados. Davy descubrió que el platino era el único metal que podía producir calor blanco durante cualquier período de tiempo. También se utilizó carbono, pero se oxida rápidamente en el aire. La respuesta fue desarrollar un vacío que mantendría el aire alejado de los elementos, preservando así los materiales productores de luz.

Thomas A. Edison, un joven inventor que trabajaba en Menlo Park, Nueva Jersey, comenzó a trabajar en su propia forma de luz eléctrica en la década de 1870. En 1877, Edison se involucró con la prisa por una fuente de luz eléctrica satisfactoria, y dedicó su participación inicial a confirmar las razones de las fallas de sus competidores. Sin embargo, sí determinó que el platino era mucho mejor quemador que el carbón. Trabajando con platino, Edison obtuvo su primera patente en abril de 1879 sobre una lámpara relativamente poco práctica, pero continuó buscando un elemento que pudiera calentarse de manera eficiente y económica.

Edison también jugó con los otros componentes del sistema de iluminación, incluida la construcción de su propia fuente de energía y el diseño de un sistema de cableado innovador que podría manejar varias lámparas encendidas al mismo tiempo. Sin embargo, su descubrimiento más importante fue la invención de un filamento adecuado. Este era un alambre muy delgado, parecido a un hilo, que ofrecía una alta resistencia al paso de corrientes eléctricas. La mayoría de los primeros filamentos se quemaron muy rápidamente, lo que hizo que estas lámparas fueran comercialmente inútiles. Para solucionar este problema, Edison volvió a empezar a probar el carbono como medio de iluminación.

Finalmente seleccionó hilo de algodón carbonizado como su material de filamento. El filamento se sujetó a cables de platino que llevarían corriente hacia y desde el filamento. Este conjunto se colocó luego en un bulbo de vidrio que se fusionó en el cuello (llamado sellado). Una bomba de vacío eliminó el aire del bulbo, un paso lento pero crucial. Los cables de entrada que se conectarían a la corriente eléctrica sobresalían de la bombilla de vidrio.

El 19 de octubre de 1879, Edison realizó su primera prueba de esta nueva lámpara. Funcionó durante dos días y 40 horas (el 21 de octubre, el día en que finalmente se quemó el filamento, es la fecha habitual para la invención de la primera lámpara comercialmente práctica). Por supuesto, esta lámpara original se sometió a una serie de revisiones. Se establecieron plantas de fabricación para producir en masa bombillas y se realizaron grandes avances en cableado y sistemas de corriente eléctrica. Sin embargo, las bombillas incandescentes de hoy en día se parecen mucho a las lámparas originales de Edison. Las principales diferencias son el uso de filamentos de tungsteno, varios gases para una mayor eficiencia y una mayor iluminación resultante de los filamentos calentados a temperaturas más altas.

Aunque la lámpara incandescente fue la primera y ciertamente el tipo de bombilla menos costosa, hay una gran cantidad de otras bombillas que sirven para innumerables usos:

• Lámparas halógenas de tungsteno
• Las lámparas fluorescentes son tubos de vidrio que contienen vapor de mercurio y gas argón. Cuando la electricidad fluye a través del tubo, hace que el mercurio vaporizado emita energía ultravioleta. Esta energía luego golpea los fósforos que recubren el interior de la lámpara, emitiendo luz visible.
• Las lámparas de vapor de mercurio tienen dos bombillas:el tubo de arco (hecho de cuarzo) está dentro de una bombilla de vidrio protector. El tubo de arco contiene vapor de mercurio a una presión más alta que la de la lámpara fluorescente, lo que permite que la lámpara de vapor produzca luz sin utilizar el revestimiento de fósforo.
• Las lámparas de neón son tubos de vidrio, llenos de gas neón, que brillan cuando se produce una descarga eléctrica en ellos. El color de la luz está determinado por la mezcla de gases; El gas neón puro emite luz roja.
• Las lámparas de halogenuros metálicos, que se utilizan principalmente en exteriores para estadios y carreteras, contienen compuestos químicos de metal y halógeno. Este tipo de lámpara funciona de la misma manera que las lámparas de vapor de mercurio, excepto que el haluro de metal puede producir un equilibrio de color más natural cuando se usa sin fósforos.
• Las lámparas de sodio de alta presión también son similares a las lámparas de vapor de mercurio; sin embargo, el tubo de arco está hecho de óxido de aluminio en lugar de cuarzo y contiene una mezcla sólida de sodio y mercurio.

Thomas A. Edison (centro, con gorra) con trabajadores en su laboratorio en Menlo Park, Nueva Jersey. La foto fue tomada en 1880.

Más de veinte inventores, que se remontan a la década de 1830, habían producido luces eléctricas incandescentes cuando Thomas Edison entró en la búsqueda. La década de 1870 fue la década crucial, ya que las tecnologías de producción y las fuerzas de la demanda se combinaron para hacer de la búsqueda de una luz eléctrica comercialmente viable la carrera de alta tecnología y alto riesgo de la época. Edison había establecido su laboratorio de investigación en la zona rural de Menlo Park, Nueva Jersey, a medio camino entre la ciudad de Nueva York y Filadelfia. El edificio del laboratorio y varias dependencias se construyeron en 1876 con las ganancias que Edison había obtenido con sus inventos del telégrafo. Inicialmente tenía la intención de tomar proyectos de cualquier inversor que quisiera su ayuda y seguir trabajando en sus propias ideas en sistemas telegráficos y telefónicos. Dijo que pensaba que el laboratorio podría producir un nuevo invento cada diez días y un gran avance cada seis meses.

En 1877, Edison decidió participar en la carrera altamente publicitada por una bombilla de luz exitosa y amplió las instalaciones de su laboratorio con un taller de maquinaria y una oficina y una biblioteca de investigación. El personal creció de 12 a más de 60 a medida que Edison abordó todo el sistema de iluminación, desde el generador hasta el aislante y la bombilla incandescente. En el camino, Edison creó un nuevo proceso de invención, orquestando un enfoque de equipo que reunió financiamiento, materiales, herramientas y trabajadores calificados en una "fábrica de inventos". Por lo tanto, la búsqueda de la bombilla ilustró nuevas formas de investigación y desarrollo que luego fueron desarrolladas por General Electric, Westinghouse y otras empresas.

William S. Pretzer

Materias primas

Tanto esta sección como la siguiente (El proceso de fabricación) se centrarán en las bombillas incandescentes. Como se mencionó anteriormente, se usaron muchos materiales diferentes para el filamento hasta que el tungsteno se convirtió en el metal preferido durante la primera parte del siglo XX. Aunque extremadamente frágil, Uno de los componentes principales de una bombilla, el filamento, se prepara mezclando tungsteno y aglutinante y luego dibujando la mezcla en un alambre fino alrededor de un mandril de acero. Después de calentar el alambre y luego disolver el mandril con ácido, el filamento adquiere su forma enrollada adecuada. Los filamentos de tungsteno pueden soportar temperaturas de hasta 4500 grados Fahrenheit (2480 grados Celsius) y superiores. El desarrollo de los filamentos de tungsteno se considera el mayor avance en la tecnología de las bombillas porque estos filamentos podrían producirse de forma económica y durar más que cualquiera de los materiales anteriores.

Los cables de conexión o de entrada suelen estar hechos de alambre de níquel-hierro (llamado dumet porque usa dos metales). Este alambre se sumerge en una solución de bórax para hacer que el alambre sea más adherente al vidrio. El bulbo en sí está hecho de vidrio y contiene una mezcla de gases, generalmente argón y nitrógeno, que aumentan la vida útil del filamento. El aire se bombea fuera del bulbo y se reemplaza con los gases. Una base estandarizada sostiene todo el conjunto en su lugar. La base, conocida como la "base de tornillo Edison", fue originalmente hecha de latón y aislada con yeso de París y, más tarde, porcelana. Hoy en día, el aluminio se usa en el exterior y el vidrio se usa para aislar el interior de la base, produciendo una base más fuerte.

El
proceso de fabricación

Los usos de las bombillas van desde alumbrado público hasta automóviles faros a linternas. Para cada uso, la bombilla individual difiere en tamaño y potencia, lo que determina la cantidad de luz que emite la bombilla (lúmenes). Sin embargo, todas las bombillas incandescentes tienen tres partes básicas:el filamento, la bombilla y la base. Originalmente producida a mano, la fabricación de bombillas ahora está casi completamente automatizada.

Filamento

• 1 El filamento se fabrica mediante un proceso conocido como estirado en el que el tungsteno se mezcla con un material aglutinante y se tira a través de un troquel (un orificio con forma) para formar un alambre fino. A continuación, el alambre se enrolla alrededor de una barra de metal llamada mandril para moldearlo en su forma enrollada adecuada, y luego se calienta en un proceso conocido como recocido. Este proceso suaviza el alambre y hace que su estructura sea más uniforme. Luego, el mandril se disuelve en ácido.
• 2 El filamento enrollado está unido a los cables de entrada. Los cables de entrada tienen ganchos en sus extremos que se presionan sobre el extremo del filamento o, en bombillas más grandes, se sueldan por puntos.

Bombilla de vidrio

• 3 Los bulbos o tripas de vidrio se fabrican mediante una máquina de cinta. Después de calentar Prácticamente todo el proceso de fabricación de bombillas está automatizado. Las bombillas de vidrio son sopladas por una máquina de cinta que puede producir más de 50.000 bombillas por hora. Después de insertar el filamento y el vástago en el bulbo, se evacua el aire dentro del bulbo y se bombea una mezcla de argón / nitrógeno. Finalmente, se sella la base. un horno, una cinta continua de vidrio se mueve a lo largo de una cinta transportadora. Las boquillas de aire alineadas con precisión soplan el vidrio a través de los orificios de la cinta transportadora hacia los moldes, creando las carcasas. Una máquina de cinta que se mueve a máxima velocidad puede producir más de 50.000 bombillas por hora. Después de que se soplan las tripas, se enfrían y luego se cortan de la máquina de cinta. A continuación, el interior de la bombilla se recubre con sílice para eliminar el resplandor causado por un filamento brillante descubierto. El emblema de la empresa y la potencia de la bombilla se estampan en la parte superior exterior de cada carcasa.

Base

• 4 La base de la bombilla también se construye con moldes. Está hecho con hendiduras en forma de tornillo para que pueda encajar fácilmente en el enchufe de una lámpara.

Ensamblaje

• 5 Una vez que el filamento, la base y la bombilla están hechos, las máquinas los ensamblan. Primero, el filamento se monta en el conjunto del vástago, con sus extremos sujetos a los dos cables de entrada. A continuación, se evacua el aire del interior del bulbo y se llena la carcasa con una mezcla de argón y nitrógeno. Estos gases aseguran una mayor vida útil del filamento. El tungsteno eventualmente se evaporará y se romperá. A medida que se evapora, deja un depósito oscuro en el bulbo conocido como ennegrecimiento de la pared del bulbo.
• 6 Finalmente, se sellan la base y la bombilla. La base se desliza sobre el extremo del bulbo de vidrio de manera que no se necesita ningún otro material para mantenerlos juntos. En cambio, sus formas adaptadas permiten que las dos piezas se mantengan juntas cómodamente, con los cables de entrada tocando la base de aluminio para garantizar un contacto eléctrico adecuado. Después de la prueba, las bombillas se colocan en sus paquetes y se envían a los consumidores.

Control de calidad

Las bombillas se prueban tanto para la vida útil como para la resistencia. Para proporcionar resultados rápidos, las bombillas seleccionadas se atornillan en bastidores de prueba de vida y se encienden a niveles que superan con creces su fuerza de combustión normal. Esto proporciona una lectura precisa de cuánto durará la bombilla en condiciones normales. Las pruebas se realizan en todas las plantas de fabricación, así como en algunas instalaciones de prueba independientes. La vida media de la mayoría de las bombillas domésticas es de 750 a 1000 horas, según la potencia.

El futuro

El futuro de la bombilla incandescente es incierto. Si bien calentar un filamento hasta que brille es sin duda una forma satisfactoria de producir luz, es extremadamente ineficaz:aproximadamente el 95 por ciento de la electricidad suministrada a una bombilla típica se convierte en calor, no en luz. En un mundo con recursos menguantes, donde la conservación de energía es cada vez más vital, esta ineficiencia puede eventualmente hacer que la bombilla incandescente sea impráctica.

Ya hay otras fuentes de luz en uso que podrían suplantar a la bombilla incandescente. Los tubos fluorescentes, por ejemplo, ya dominan el mercado industrial y, sin duda, también encontrarán un uso cada vez mayor como fuente de luz doméstica. Las bombillas fluorescentes utilizan al menos un 75 por ciento menos de energía que las bombillas incandescentes y pueden durar veinte veces más. El reciente desarrollo de bombillas fluorescentes "compactas", que a diferencia del tubo fluorescente estándar se pueden enroscar en una lámpara doméstica típica, puede expandir el mercado doméstico de iluminación fluorescente.

Otro desarrollo reciente es la "bombilla de ondas de radio", una bombilla que crea luz transmitiendo energía desde un generador de ondas de radio a una nube de mercurio, que a su vez produce luz ultravioleta. Una capa de fósforo en la bombilla convierte la luz ultravioleta en luz visible. Estas bombillas consumen solo el 25 por ciento de la energía que las bombillas incandescentes y pueden durar una década o más. También son completamente intercambiables con bombillas incandescentes.