Sumándose a la campaña Viva el Ingenio de 3M, FayerWayer presentará en los próximos días una colección de 10 artículos reseñando inventos y descubrimientos que juzgamos dignos de compartir con nuestros lectores. De estos 10 inventos, indirectamente emparentados entre sí, escogimos en primer lugar la lámpara incandescente, también conocida como ampolleta, bombilla, foco, bujía y lamparilla por nombrar algunas. Sea con el nombre que sea, apuesto a que la mayoría de nuestros lectores tiene o ha tenido oportunidad de verlas funcionando.

La lámpara incandescente es uno de los inventos más difundidos y que mejor ha resistido el paso del tiempo. Desde que Edison se hiciera famoso haciendo brillar una versión rudimentaria del dispositivo durante 48 horas, en 1879, han transcurrido más de 130 años sin que el diseño original sufra modificaciones radicales. Es cierto, se ha perfeccionado la manufactura de cada componente, pero el principio sigue siendo el mismo.

Pero no nos adelantemos. Dije que Edison hizo conocido el invento pero empecemos comentando una salvedad: él no inventó la bombilla eléctrica. En la práctica, el invento tenía 40 años cuando Edison lo reprodujo.

De los miles de inventos atribuidos a Edison, en realidad un número no menor son patentes que él se adjudicó gracias a que tenía  el genio para perfeccionar ocurrencias incompletas de otros inventores, así como los medios y contactos como para que la oficina de patentes le hiciera pocas preguntas. Puntualmente en el caso de la lámpara incandescente, la patente U.S. Patent 0,223,898 presentada en 1880 por Edison en realidad ocupaba una idea nacida del Británico Warren de la Rue en 1840.

De la Rue había puesto en práctica los mismos principios que explican el funcionamiento de la ampolleta moderna, pero usó un filamento de platino y se gastó una fortuna, así que el invento no era viable y cayó al olvido por cuatro décadas.

¿Cuáles eran esos principios o fenómenos científicos?

Incandescencia y Efecto Joule

El funcionamiento de la lámpara incandescente se explica por dos fenómenos. Primero, el efecto Joule, bautizado así en honor a James Prescott Joule.

Este señor fue un físico inglés que dedicó su vida a investigaciones termodinámicas. Junto con su amigo Lord Kelvin lograron relacionar diversos fenómenos físicos y químicos con cambios de temperatura, y por su cuenta planteó importantes relaciones que explican la transformación y conservación de la energía. De entre estas relaciones, la que hoy nos convoca es la que plantea que cuando circula una corriente eléctrica por un conductor, éste tiende a calentarse.

La explicación es que el movimiento de electrones por la estructura del material es caótico, y en vez de ponerse de acuerdo para avanzar todos juntos se mantienen chocando entre sí. Esos choques producen roce, el roce produce calor. En otras palabras, parte de la energía eléctrica que circula por el conductor se pierde en forma de calor.

Este calor no sirve de por sí para iluminar, pero he ahí donde entra en juego un segundo fenómeno, la incandescencia. Alguno se habrá preguntado por qué la lámpara incandescente tiene ese apellido, y esta es la respuesta: prácticamente todos los materiales emiten luz cuando se someten a altas temperaturas. Mientras mayor la temperatura, menor la longitud de onda de la emisión. A temperaturas bajas (entre 1000 y 2000°C) esa luz pasa del infrarrojo al espectro visible: los metales en la fragua son rojos o anaranjados.

A medida que la temperatura aumenta, la luz se torna blanquecina y azulada. Lo malo es que no cualquier material se quema a 8000°C, y los pocos que sí lo hacen se consumen rápidamente, como pasa con esos antiguos flashes de magnesio. Combinando el efecto Joule y la incandescencia se puede generar luz eléctrica, pero sólo dura un instante y luego el material se quema dejando una nube de humo.

La gracia es que la lámpara incandescente soluciona el problema de la combustión envolviendo el filamento metálico en una burbuja al vacío o llena de un gas inerte a baja presión. Gracias a ello, el filamento se calienta a miles de grados y emite gran cantidad de luz sin consumirse ni entrar en ignición, puesto que no puede haber combustión sin un gas oxidante, por lo que el filamento puede durar indefinidamente.

La Evolución de la Lámpara Incandescente

Cuando Edison presentó su patente (1880) describió el experimento hecho en noviembre de 1879 en el cual su lamparilla brilló por dos días antes de colapsar. En esa ocasión ocupó contactos de platino, pero reemplazó el material del filamento por carbono y centró en este material el cuerpo de su patente. Aunque pasó años peleando en tribunales contra otros científicos que habían trabajado en dispositivos similares, finalmente 10 años después la bombilla con filamento de carbono fue atribuida a Edison, y a diferencia de lo que  hizo De la Rue, éste no eran tan caro y ofrecía economías de escala si se fabricaba en masa.

En los años que siguieron, no sólo las empresas de Edison y sus eventuales socios (Ediswan, Thorn Lighting, Brush),  promovieron activamente el uso de la lámpara incandescente. 25 años después muchas compañías habían entrado al rubro y había decenas de millones de soquetes en el mundo, esperando por su bombilla eléctrica. En ese momento una compañía desconocida llamada General Electric patentó un proceso que usaba un filamento de tungsteno en vez de carbono. Este perfeccionamiento, junto al uso de distintas combinaciones de gases inertes mejoraron la duración, el brillo y el costo de producción de las lámparas incandescentes.

General Electric terminó siendo el líder del rubro y difundiendo su invento en las primeras décadas del siglo XX logrando grandes economías de escala y un uso casi universal. Hoy en día GE es la segunda mayor compañía del mundo, según Forbes.

Pese a ser un invento tan difundido y que ha permanecido tan inalterado en tanto tiempo, cerraremos esta nota comentando que de las muchas maneras de convertir electricidad en luz, la lámpara incandescente debe ser la menos eficiente de todas. Por cada Watt que consume, el 90% se convierte en calor y sólo el 10% restante ilumina el lugar. Ese 10% tampoco abarca completamente el rango visible sino que se agrupa en el segmento inferior del espectro. Esto es malo para la eficiencia pero agradable para la vista, porque para el usuario otorga una luz cálida en oposición a la luz fría y mortecina de otras formas de iluminación.

Además, el costo de la lámpara incandescente ha seguido bajando con los años y hasta hoy sigue siendo una solución sustancialmente más barata que cualquier otra, al punto que en algunos países los gobiernos han tenido que tomar determinaciones legales para empujar a la gente a preferir soluciones más eficientes, o subsidiar el precio de éstas.

Pese a sus defectos, elegimos la lámpara incandescente como protagonista de de esta nota, la primera de una pequeña miniserie de inventos relacionados, porque a partir de ésta nacieron otros inventos y descubrimientos que eventualmente desembocaron en la electrónica actual. Estén atentos porque durante los próximos días irá saliendo el resto de la colección.

Y ahora Sharp aprovecha todo el desarrollo que hay en torno a esta tecnología para llevarlo directo a nuestras casas, con su nueva línea de ampolletas inteligentes LED a control remoto. La gracia de estas ampolletas no es solo su larga vida (40.000 horas!) y bajo consumo, sino que incorporan este control remoto que actua como dimmer para regular la intensidad de la luz, e incluso controlar el balance de blancos. Y obvio, prenderla y apagarla.

Este control remoto permitiria controlar varias ampolletas al mismo tiempo. Las ampolletas son estándar, por lo que será llegar y atornillar en tus puntos de luz existentes. Además, incorporan el estándar ZWave de automatización hogareña para incorporarla a sistemas de domótica existentes.

Estas ampolletas se emprezarán a vender en Japón por un precio entre USD$40 y USD$82 (CLP$22.000 y CLP$46.000) a partir del 15 de julio, valores similares a los que vimos anunciada la bombilla de Philips.

Link: Sharp Introduces Nine New LED Lamps for Home Use (Sharp, via Engadget)

Evolución de la Bombilla

Hace poco les hablábamos de la iniciativa Earth Hour, que propone un apagón mundial como medida energética y ambientalista. Y una buena medida ecológica para seguir con esta filosofía es el uso de lámparas LED, como el modelo E27 Master LED de Philips con un aspecto similar a los focos (o bombillas) tradicionales.

Philips recientemente lanzó sus modelos Masterd LED E27, GU10 y NR63 que suponen un ahorro considerable de energía, ya que iluminan con tan solo 7 watts y su tiempo de vida es de 45,000 horas que representan hasta 45 veces más que la tradicional bombilla o 10 veces más que el tiempo de una lámpara fluorescente compacta.

El precio de estas lámparas costará entre 50 y 70 dólares, que es un precio razonable considerando su impacto ambiental y el ahorro de bombillas a largo plazo.

La iluminación del futuro sin duda será con el uso de lámparas LED que no desperdician calor como los focos (incandescentes) tradicionales que emiten en promedio 810 Kg. de CO2 anualmente y no son contaminantes como las lámparas fluorescentes que aunque consumen menos energía, contienen mercurio mezclado con argón en forma de vapor. Estos gases resultan tóxicos a la salud humana y al medio ambiente si no hay un buen manejo después de su uso.

Los LEDs aparte de resultar un opción ecológica de iluminación, puede transmitir datos a velocidades 1 a 10 megabits por segundo convirtiendo cada bombilla en un punto de acceso inalámbrico para conectarse a Internet de acuerdo con lo que propone el proyecto Smart Lighting ERC.

Links:
- Master LED de Philips (VeoVerde)
- Smart Lighting ERC (Boston University)