Análisis de un objeto tecnológico: lámpara eléctrica incandescente

?ANALISIS DE UN OBJETO TECNOLOGICO: LAMPARA ELECTRICA INCANDESCENTE* Carlos E. Soliverez** Evolucion historica En tiempos prehistoricos la unica iluminacion nocturna de la morada era la es­casa que brindaba el fuego. El primer dispositivo especificamente destinado a ilumi­nar fue la tea o antorcha, consistente en un cabo de madera dura cuyo extremo se envolvia con fibras combustibles embebidas con asfalto, pez, grasa animal, resina o aceites vegetales. En epoca tan temprana como el ano 450 aC, la iluminacion noc­turna de las calles de la ciudad de Antioquia (en la actual Siria) se hacia con antor­chas. A pesar de ser poco practica por su escasa duracion, el uso de la tea perduro hasta epocas tan recientes como el siglo XVIII. Asi lo atestiguan los soportes para colocarlas que habian en los corredores de las casas y castillos. 2 En el interior de las viviendas se usaron las menos luminosas y contaminantes lamparas de aceite. 3 Consisti­an en un recipiente de ceramica, vidrio o metal lleno con aceite vegetal, dentro del cual se embebia un pabilo de fi­bras retorcidas por las que el aceite ascendia por capilari­dad.

El principio de funcionamiento es similar —y proba­blemente les dio origen— al de las actuales velas y lampa­ras

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de kerosene. Las velas son los unicos artefactos porta­tiles de iluminacion que han perdurado hasta nuestros di­as. Figura 5. Lampara de aceite de la antiguedad. Puede arguirse que la iluminacion no es una necesidad esencial, pero sin ella no es posible la realizacion normal de actividades nocturnas, sea dentro o fuera de la morada.

Esta necesidad se hizo particularmente critica, aun durante el dia, cuan­do el hacinamiento de las viviendas en las ciudades industriales obstaculizo su ilumi­nacion directa por el sol. La iluminacion de las calles tambien tuvo importantes con­secuencias sociales, como senala un estudioso del tema: Es imposible exagerar las repercusiones sociales de la instalacion de faroles en las calles. Las vias publicas de las ciudades ya no se vacia­ban al caer la noche, y, si bien el alumbrado nos las hacia del todo segu­ras, al menos animaba a la gente a salir sola o en grupo.

La vida social salio ganando, por lo menos la de quienes disponian de tiempo libre para disfrutar de ella. Sin embargo, para otros el alumbrado de las calles, solo prolongo la jornada laboral. Asi, las tiendas permanecian abiertas hasta bien entrada la noche, y el numero de horas de trabajo de sus empleados, que antes concluian al caer la noche, se prolongaba hasta que ya no que­daban clientes potenciales en la calle. 4 En 1813 se introdujo en Londres la iluminacion artificial de calles y casas con lamparas alimentadas con gas metano obtenido del carbon mineral (hulla).

El siste­ma pronto se generalizo a todas las grandes ciudades, unicas donde era economi­camente viable el tendido de las redes de alimentacion. La provision de gas de alumbrado se transformo en una enorme industria y hacia 1859 habia en Inglaterra cerca de un millar de fabricas. 5 La eficiencia de la lampara mejoro mucho cuando se elimi­no la “llama abierta” al inventarse la camisa. Esta malla de fibras relocaliza la llama sobre su superficie de carbono recubierto de tierras raras, que por incandescencia aumenta significativamente la luminosidad.

El invento ha llegado hasta nuestros dias en las lamparas alimentadas por gas envasado (mayoritariamente con­sistente en propano) usadas en los lugares donde no hay provi­sion domiciliaria de electricidad. Es razonable pensar que la lampara electrica fue una con­secuencia del tendido de redes electricas; pero no sucedio asi. Edison, el primer empresario que hizo de la innovacion tecnologi­ca un objetivo explicito y permanente,6 fabrico en serie y vendio a perdida sus lamparitas electricas, para promover sus empresas Figura 5. Lampara de camisa El Sol de Noche. de generacion y distribucion de electricidad.

Contrariamente a la creencia popular, Edison tampoco fue el inventor de la lamparita electrica, sino el empresario que com­prendio sus posibilidades, la fabrico y la comercializo de modo masivo, proveyendo toda la infraestructura necesaria para la generalizacion de su uso. El inventor de la primera lampara electrica incandescente fue el ingeniero britanico Robert Grove, en 1840. La caracteristica mas importante del dispositivo era el encierro del filamento, hecho del metal precioso platino, en una camara de la que se extraia el oxigeno pa­ra evitar el proceso de oxidacion.

El dispositivo era excesivamente costoso, dificil de construir y de corta vida. En 1846 Farthing desarrollo la maquina automatica de so­plado de vidrio que permitio fabricar de modo economico las ampolletas de vidrio que aislan el filamento del aire. 7 La primera lampara practica fue construida por Goe­bel usando filamentos de carbon. 8 El dispositivo alcanzo su forma final gracias a los aportes concurrentes de Edison y de Swan, el ultimo de los cuales desarrollo un me­todo para moldear filamentos de nitrocelulosa. Edison debio quemar miles de lamparitas antes de encontrar la correcta combi­nacion de formas y materiales que permitieran un producto durable: unas 1200 horas de vida util para las de filamento de bambu. La fabricacion requeria unas 200 opera­ciones diferentes, y en 1881 su fabrica de Menlo Park, con 133 operarios, producia 1000 lamparitas diarias a un razonable costo de 1,21 dolares cada una. Edison las vendia a solamente 80 centavos, a fin de crear un mercado para este innovador pro­ducto. 0 El exito pronto compenso su iniciativa y esfuerzo; en 1882 inauguro los sis­temas de iluminacion electrica publica de Londres, primero, y Nueva York, despues. Pronto siguieron otras ciudades norteamericanas y europeas. 11 Se produjo entonces un crecimiento explosivo de los sistemas de generacion y distribucion de electrici­dad, y de la tecnologia asociada, la Electrotecnia, pero esa es otra historia. Con justicia, como se ve, la metafora se le prendio la lamparita se ha converti­do en la caracterizacion popular de la creatividad y el ingenio. Figura 5. Una de las lamparas de Edison.

Cumplido ya su primer siglo de existencia, la lampara electrica de filamento incandescente ha llegado a nuestros dias con una sola modificacion de importancia. Ni siquiera la forma ha variado de­masiado, ya que conserva el diseno inconfundible que originalmente le diera Edison como conse­cuencia de las tecnicas tradicionales de moldeado del vidrio. La modificacion fue el reemplazo del fragil filamento de carbon o nitrocelulosa por el de tungsteno. Esto fue posible gracias al desarrollo de un metodo de fabricacion desarrollado por el inventor estadounidense Coolidge, en 1908.

El tungsteno funde a 3380 C y tiene una gran resis­tencia mecanica, lo que permite aumentar su tem­peratura de funcionamiento y obtener luz mas blanca y lamparas mas resistentes al maltrato. Apariencia de una lampara incandescente Las lamparitas electricas incandescentes son bas­tante feas cuando estan apagadas. En particular las inco­loras donde se pueden ver los ramificados soportes del a veces despatarrado filamento. Si ademas esta la rosca a la vista, tienen un aspecto bastante tosco. Al menos las opalescentes, al no mostrar su interior, tienen un toque de misterio.

Mejora mas todavia cuando tienen forma de vela o de perita, pero no hay muchas formas mas por las limitaciones que impone la fragilidad del vidrio. Del tacto es mejor no hablar, son objetos poco amigables que o estan helados o nos queman. Si fueran objetos descono­cidos para el comprador, la unica forma de venderlas se­ria no mostrarlas cuando estan apagadas. Sin embargo, aunque su forma no nos guste, es inconfundible y no hay ningun objeto que se le parezca. Los otros tipos de lam­paras (de mecha, de camisa, linternas, veladores a bate­ria… , aunque cumplan la misma funcion son completa­mente diferentes. Figura 5. Lampara electrica incandescente Simbolismo Todo cambia cuando las encendemos. Ejercen entonces la misma fascinacion que lleva a la polilla a morir en la llama. Porque el encanto de la lampara no esta en si misma sino en lo que genera: la luz. Esto hace mas comprensible que un hombre eminentemente practico como Edison les dedicara tanto esfuerzo y dinero. En aque­lla epoca, ademas, encender una lampara debe haber sido casi magico.

En vez de tener que buscar fosforos, hallar el pico de combustible y encenderlo, para que re­cien entonces, si todo anduvo bien, brillara la luz, con la lamparita electrica bastaba tocar el interruptor con la punta del dedo. Resulta entonces que no solo importa la aparien­cia de las cosas, sino lo que simbolizan, que muchas vecess es mas importante que su valor practico. Cuan­do entendemos algo, decimos que esta claro (ilumina­do). Cuando tenemos una gran idea, la calificamos de brillante o decimos que tuvimos una iluminacion.

Si todo ha sido bien ordenado y explicado, decimos que se hizo la luz. Si, como se senalo antes, resolver un muy pro­blema dificil equivale a que se nos prenda la lamparita, queda claro que esta simboliza la fuente del saber. Estructura y funcionamiento Figura 5. Estructura de la lampara electrica de filamento incandescente. La Figura 5 ilustra las partes princi­pales de la lampara electrica de filamen­to incandescente y su relacion funcional. 1. Bombilla de vidrio: Contiene, en un ambiente de muy baja presion, al fila­mento con sus soportes y conexiones electricas.

Un repliegue de la bombilla constituye el tubo cerrado en el cual se insertan los soportes del filamento. Por el interior de este tubo salen los conductores que alimentan al filamen­to con la corriente electrica. 2. Filamento de tungsteno: Es un doble arrollamiento espiral de tungsteno, cuyos extremos estan conectados a la alimentacion de corriente. 3. Soportes del filamento: Sujetan al fila­mento en varios puntos. Usualmente los soportes extremos son al mismo tiempo los conductores de corriente. 4. Rosca metalica: Esta sujeta a la bom- illa con un sello ceramico. Uno de los conductores de alimentacion del filamento esta soldado a esta rosca. Al mismo tiempo, permite sujetar la bombilla al porta­lamparas con buen contacto electrico. 5. Contacto electrico inferior: Mecanicamente sujeto a la rosca, pero electricamente aislado de ella, provee el segundo contacto electrico para la alimentacion del fila­mento a traves del portalamparas. El vidrio de la bombilla debe ser resistente a los golpes y a las altas temperatu­ras. Esto se logra mediante tratamientos superficiales apropiados, probablemente el nfriado por aire soplado, como en algunos vidrios para horno. El filamento de tungsteno de una lampara de 25 Watts consiste en unos 75 cm de alambre muy fino (aproximadamente una centesima de milimetro de diametro) arrollado en forma de espiral con unas 3000 vueltas. Esta espiral es a su vez arro­llada nuevamente en forma de espiral con unas 100 vueltas, conformando el filamen­to visible de la lampara. Este proceso es uno de los de mayor complejidad tecnica en la fabricacion de la lampara. Cuando circula la corriente electrica este filamento se calienta hasta el rojo blanco.

Esto se debe a la resistencia que el tungsteno opone a la circulacion de los electrones, proceso disipativo de energia descripto por la ley de Ohm. 12 En presencia de oxigeno el tungsteno se oxidaria, lo cual produciria el au­mento de la resistencia, el consiguiente incremento de temperatura y la fusion o va­porizacion del filamento. Por esta razon se llena primero la bombilla con gases iner­tes, como el nitrogeno y el argon, y luego se la evacua a presion muy baja. 13 La union entre el conductor pasante y la bombilla debe estar totalmente sellada de manera que no ingrese aire del exterior.

Esto se logra mediante tratamientos es­peciales de la superficie del conductor. Los soportes deben ser firmes pero no com­pletamente rigidos de modo de absorber la energia de golpes que podrian destruir el filamento. Desde el punto de vista operativo, solo se manipula la bombilla al colocarla en el portalamparas. A partir de ese momento solo es necesario manipular el interruptor de la lampara. No se requieren instrucciones de uso, por la sencillez de su opera­cion. No hay diseno ergonomico ya que su tamano permite manipularla con facilidad, sin necesidad de adaptar su forma al cuerpo humano.

Impacto cultural Para analizar el impacto cultural de esta tecnologia se puede usar la tecnica de la tetrada desarrollada por MacLuhan y Bowers en La Aldea Global. Se basa en la idea, alli completamente desarrollada (pp. 26 y 171), de que Las tecnologias poseen una estructura fundamentalmente linguisti­ca. No solo son como el lenguaje, sino que en su forma esencial son len­guaje, cuyo origen proviene de la capacidad del hombre de extenderse a si mismo a traves de sus sentidos hacia el medio que lo rodea. 14

La tecnica consiste en someter al objeto tecnologico a los siguientes cuatro grandes interrogantes: El uso de la lampara electrica: 1.? que crea o aumenta inicialmente? Permite el uso del tiempo nocturno para el trabajo o la diversion, lo democratiza (bajo costo) y lo hace mas seguro (circula­cion en las ciudades). Como efecto secundario aumenta y facilita la disponibili­dad de energia a traves de la electricidad inicialmente usada solo para ilumina­cion. 2.? que disminuye o deja obsoleto? En Inglaterra destruye la hasta entonces po­derosa industria del gas de alumbrado (gas de coque).

Hace borrosa la distin­cion entre el dia y la noche. 3.? que reintroduce, que antes estuvo en desuso? Reintroduce el trabajo arte­sanal a domicilio, casi desaparecido al crearse las grandes fabricas, al propor­cionar la iluminacion necesaria y, por la concomitante generacion de electrici­dad, fuentes de trabajo mecanico (motores electricos) y de accionamiento de todo tipo de dispositivos (computadoras, entre otros). 4.? cuando su uso se generaliza, que efectos se invierten o cambian? Es la punta de lanza para la aplicacion masiva de la electricidad.

El resultado es un desmesurado crecimiento de la generacion de electricidad (cuyo sinonimo co­tidiano es luz), que amenaza gravemente al medio ambiente (efecto invernade­ro). Obsolescencia de la lampara de filamento Una tecnologia se hace obsoleta cuando se inventa otra que cumple la misma funcion con menor costo de fabricacion o de operacion (o sea, que tiene mayor efi­ciencia), o con funciones utiles adicionales a un costo similar. El problema de la lam­para incandescente no fue su costo de fabricacion, que en grandes cantidades resul­to ser muy bajo, sino su bajo rendimiento.

La mayor parte de la energia consumida por una lampara de filamento incandescente (mas del 80%) solo produce calor, no luz. Por esta razon la lampara incandescente esta siendo crecientemente reemplaza­da por otras mucho mas eficientes: la lampara fluorescente y el led. No se describi­ran aqui detalladamente los principios de funcionamiento de estas lamparas, total­mente diferente del de las incandescentes, solo las ventajas que haran que reempla­cen totalmente e las incandescentes en un futuro cercano.

Los tubos fluorescentes —que generan luz por excitacion de electrones con campos electricos alternos— tienen una eficiencia unas cinco veces mayor que las incandescentes: un tubo de 20 Watt tiene una luminosidad equivalente a una lampa­ra incandescente de 100 Watt, proporcionando asi la misma iluminacion con 1/5 del gasto de electricidad. Los tubos fluorescentes se dieron a conocer en 1939 pero no reemplazaron totalmente a la lampara incandescente porque su costo inicial, inclu­yendo la instalacion de su soporte y balasto, era demasiado alto.

Los primeros tubos median 1 metro o mas de largo, por lo que se usaron mayoritariamente solo en am­bientes grandes que requerian mucha iluminacion, de modo que la inversion inicial podia amortizarse en un lapso razonable. En la decada de 1990 aparecieron las pri­meras lamparas fluorescentes que podian enroscarse en un portalamparas comun, sin necesidad de instalaciones especiales. Su costo era entonces diez o mas veces superior al de una incandescente, inversion que solo se recuperaba, por menor cos­to operativo, en mucho mas de un ano.

Estos costos bajaron mucho en Argentina alrededor del 2008, cuando se hizo viable el reemplazo masivo de las lamparitas in­candescentes. El uso de las lamparas incandescentes tiene tambien un aspecto psicologico, el del color (rango de frecuencias) de la luz que emiten. Esta caracteristica, tambien importante para las tomas de fotografias y filmaciones, es la que tecnicamente se denomina temperatura color. El origen del nombre proviene del siguiente fenomeno fisico: el color de un cuerpo incandescente depende de su temperatura.

A bajas temperaturas un cuerpo caliente tiene color rojo; a medida que la temperatura au­menta el color se hace progresivamente anaranjado, amarillo, blanco y azul. La lam­para incandescente produce una luz cuyo color es levemente rojizo, por lo que pro­duce una sensacion psicologica de calidez (? el recuerdo ancestral del fuego? ). La luz emitida por los tubos fluorescentes —salvo los llamados luz de dia, cuyo color externo es levemente rosado— tiene una tonalidad verde – azulada que produce una sensacion psicologica de frialdad.

Por esta razon todavia hay muchas personas que, tal vez inconscientemente, prefieren usar la lampara incandescente incluso para usos comerciales donde su costo operativo es muy alto. Los diodos luminiscentes, usualmente llamados leds (de la sigla inglesa de light emitting diode, diodo emisor de luz), tienen bajos costos de fabricacion y opera­tivo. El problema es su escaso tamano e iluminacion, que seguramente ira aumen­tando a medida que se perfeccionen su diseno y fabricacion. Funciona bien con co­rrientes continuas y bajos voltajes, como los proporcionados por pilas o baterias co­munes.

Su costo operativo, a igualdad de intensidad luminosa, es aproximadamente 1/10 del de una lampara incandescente y la mitad del de una fluorescente. Su des­ventaja es el escaso tamano que hace necesario usar conjuntos de 20 o mas leds para dar iluminacion similar al de una lampara incandescente de 25 Watt. Estos con­juntos ya se fabrican con transformadores y rectificadores incluidos en un dispositivo de tamano similar a las lamparas incandescentes y fluorescentes de rosca, pero su costo en 2009 era casi 10 veces el de las fluorescentes.

No generan calor, por lo que tienen optimo rendimiento y son especialmente apropiados para lugares donde hay riesgo de tocarlas con la mano, como los veladores. Cuando se fabriquen en for­ma de superficies luminosas suficientemente extensas, reemplazaran con seguridad a todos los otros tipos de lamparas para la iluminacion de ambientes. Como ilustra el caso de la lampara incandescente, los artefactos tecnologicos nacen, crecen y mueren en ciclos impulsados por las necesidades humanas, gracias al esfuerzo de numerosos inventores y empresarios, la mayoria de cuyos nombres son hoy totalmente desconocidos.

Hay pelotas de futbol, de beisbol y de tennis, fir­madas por grandes jugadores; injustamente, ninguna lamparita lo esta. Bibliografia How Things Work: The Universal Encyclopedia of Machines, Granada, Londres, 1972. Cronica de la Tecnica, Plaza y Janes, Barcelona, 1989. N. J. G. Pounds, La vida cotidiana: historia de la cultura material, Editorial Critica, Barcelona, 1992. T. K. Derry y Trevor I. Williams, Historia de la Tecnologia, Siglo Veintiuno de Es­pana, Madrid, 1977. Fritz Vogtle, Edison, Salvat, Barcelona, 1985. Marshall MacLuhan y B. R. Bowers, La Aldea Global, Planeta Agostini, 1994.