Materiales

Bombilla a base de pigmento fotofosforecente

  • Categoría: Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)
  • Área de participación: Materiales
  • Asesor:
  • Equipo [ ]: Julio Cesar Vivas Medina(Cozumel) , Ian David Hernández Cano(Cozumel) , Oziel Piña Zapata(Cozumel)

Resumen

Pregunta de Investigación

¿Cómo armar una bombilla a base de pigmento fotofosforecente?

Planteamiento del Problema

En la actualidad, la demanda y consumo de energía y las dificultades que existen para satisfacer esta demanda con las fuentes de energía con las fuentes de energía disponíbles, están prefiguradas a un escenario de crisis energético global.

Las bombillas convencionales, al utilizar energía eléctrica en masa se eleva el precio y contamina de manera convencional al planeta.

La silicona ayuda a que el pigmento sea aun mas eficiente y brille más, como no se calienta, evitamos accidentes y podemos colocarlo sobre cualquier superficie.

Los problemas de bombillas quemadas, fusibles quemados, cables o terminales sucias, serán resueltos con nuestro producto, ya que usan un pigmento fosforescente.

Antecedentes

¿Quién inventó la bombilla?

La bombilla o lámpara incandescente fue obra de dos genios: el inglés Joseph W.Swan (1828 – 1914) y el norteamericano Thomas Alva Edison (1847 – 1931). La primera bombilla eléctrica vio la luz y se hizo el 21 de octubre de 1879 tras muchos años de experimentos y fracasos.

Muchas personas creen que el inventor de la bombilla fue Thomas Edison, pero éste verdaderamente lo que consiguió fue perfeccionar el invento de Joseph Swan y que funcionase con más efectividad y durante mucho más tiempo. Además, Edison también patentó el 27 de enero de 1880 la bombilla eléctrica o bombilla incandescente, cosa que no hizo Swan.

Ambos pretendían lo mismo: transformar la electricidad en luz mediante un instrumento que mejorase los resultados de la ya existente lámpara de arco eléctrico inventada en 1811 por Humphrey Davy (1778 – 1829).

Historia de la bombilla.

Se ensayó con diferentes filamentos metálicos incandescentes e incluso con otros de procedencia vegetal como el algodón o fibra de bambú carbonizado y encerrado herméticamente al vacío en el interior de un globo de vidrio, estableciéndose la conexión mediante dos hilos de platino.

Pero la vida útil de aquella bombilla era efímera, un par de cientos de horas, y el rendimiento escaso: daba poca luz y además ésta no se mantenía constante sino que parpadeaba y decrecía en intensidad.

El principal problema con el que tropezaron los inventores de la bombilla eléctrica, Edison y Swan, fue cómo impedir que los filamentos se fundieran por el calor. En 1883 se intentó con filamentos elaborados con una solución de celulosa, y en 1905 se probó con carbón metalizado capaz de resistir altas temperaturas y proporcionar una luminosidad aceptable: cuatro lumen por vatio. Pero el rendimiento era pobre y la duración de la bombilla muy escasa.

La solución definitiva se encontró en los filamentos metálicos: primero el osmio y luego el tantalio. En 1909 la bombilla quedó casi configurada con el filamento de wolframio.

Las primeras bombillas eran de fabricación artesanal, por lo que se trataba de un producto caro. Hoy se fabrican en serie mediante máquinas automatizadas que producen miles de bombillas por hora.

Como curiosidad, existe una bombilla que lleva encendida más de 115 años (ver noticia completa aquí). Está funcionando ininterrumpidamente desde el año desde 1901 y se encuentra en un cuartel de bomberos de California, en Estados Unidos.

El origen de la bombilla.

No se puede entender el origen de la bombilla sin antes conocer un poco el de la electricidad. La palabra electricidad es griega: del término elektron = ámbar. De hecho, el filósofo Tales de Mileto describió (624 a.C – 546 a.C) en el 600 a.C. el poder electrostático de un trozo de resina fósil que se trajo de las orillas del Báltico, el ámbar. También las civilizaciones hindúes antiguas experimentaron que calentando cierto tipo de cristal se podía atraer hacia ellos las cenizas calientes.

La electricidad es una forma de energía tan asombrosa y rica que un gramo de materia al que se le sacara el potencial energético que encierra, podría mantener encendida una casa con diez bombillas de cien vatios cada una durante tres mil años.

La primera máquina que produjo una chispa eléctrica la creó en el siglo XVII Otto von Guericke (1602 – 1686): era un globo giratorio de azufre sobre el que una persona apoyaba su mano para producir un frotamiento.

El primero en utilizar esta fabulosa energía fue el italiano Alejandro Volta (1745 – 1827), a quien Napoleón había encargado en 1801 hacer una demostración de su famosa pila, primera fuente continua de energía eléctrica de la historia.

Veinte años después el británico Michael Faraday (1791 – 1867) ponía en marcha el primer motor eléctrico. Este mismo personaje inventó la dinamo o generador de electricidad, y el transformador para modificar el voltaje en 1831.

A principios del XIX el escocés William Murdoch (1873 – 1912) iluminó su casa y una fábrica de tejidos mediante el mismo procedimiento: una nueva luz producida por el hombre de manera científica.

¿Qué es una bombilla?

La bombilla eléctrica es posiblemente uno de los mejores inventos de la historia de la humanidad. Desde el descubrimiento del fuego, que eliminó la dependencia humana de la luz del sol, la creación de estas pequeñas lámparas ha ampliado la posibilidad de llevar la luz a todos los lugares del planeta.

Una  bombilla es sinónimo de lámpara eléctrica o lamparita. Aunque varios inventores trabajaron en el desarrollo de este tipo de dispositivos, su creación es atribuida al estadounidense Thomas Alva Edison, a quien se le concedió la patente correspondiente en 1880.

Las bombillas pueden funcionar a partir de la fluorescencia de un metal que recibe una descarga de electricidad o a través del calentamiento de un filamento mediante el efecto Joule.

Cuando la bombilla apela al efecto Joule, se la denomina bombilla incandescente. El proceso de calentamiento hace que el filamento, con el paso de la corriente, se ponga rojo blanco. La mayor parte de la electricidad consumida por estas bombillas se transforma el calor, y apenas el 15% se convierte en luz.

Cómo funciona una bombilla incandescente.

Una bombilla incandescente, de las tradicionales, tiene un funcionamiento en realidad muy similar a una antorcha. Se basa en el calentamiento de un metal, el tungsteno, a través de una corriente eléctrica. Esta corriente, que pasa por ese delgado filamento provoca que el metal entre en incandescencia e irradie luz.

El principal problema que ofrecen estas lámparas, y la causa de su retirada en los países occidentales, reside en su baja eficiencia. La mayor parte de la electricidad suministrada a una de estas bombillas se disipa en forma de calor. Hasta el 95% de la energía se pierde en forma de calor y sólo un pequeño porcentaje se destina en realidad a aportar luz. Por eso, una vez encendidas, estas bombillas no pueden tocarse con las manos: queman más que la luz que aportan.

Cómo funciona una bombilla fluorescente.

Desde finales del siglo XX, la bombilla fluorescente ha empezado a sustituir a la bombilla incandescente tradicional, en general por regulaciones gubernamentales que buscan la eficiencia energética.

Y esa es la gran ventaja de este tipo de lámparas: apenas emiten calor, puesto que se basan en la emisión directa de fotones.

Las bombillas fluorescentes se componen de un gas inerte, encapsulado en un cristal que une dos filamentos. En este caso, la corriente eléctrica que calienta los filamentos permite ionizar el gas.

Se genera, de esta manera, un puente de plasma que provoca la emisión de fotones, es decir, de luz.

Las originales lámparas fluorescentes eran alargadas y muy frágiles y necesitaban de unos balastos (cebadores) magnéticos. Además de poco prácticos, porque se tenían que sustituir cada cierto tiempo, provocaban un efecto de parpadeo en la luz, que se he eliminado con los cebadores electrónicos de las actuales bombillas fluorescentes compactas.

La presencia de mercurio en este tipo de lámparas, imprescindible para la emisión de fotones, provoca que su reciclaje sea mucho más complejo que el de las bombillas incandescentes. No se pueden eliminar arrojándolas a la basura y necesitan ser depositadas en contenedores específicos.

Edison y la bombilla incandescente.

La invención de la bombilla eléctrica suele asociarse a la figura de Thomas Alba Edison (1847-1931). Pero él no fue su inventor, puesto que este tipo de lámparas ya se conocían desde décadas antes de que empezara a trabajar en ello el gran creador estadounidense. Ya en 1860, el británico Joseph Swan (1828-1914) había producido una lámpara con filamento de carbón, aunque la primera lámpara eléctrica de la historia se remonta al año 1802 y fue producida gracias a un experimento del también británico Humphry Davy (1778-1829).

Sin embargo, no es inadecuado considerar a Edison como la principal figura relacionada con las bombillas: no inventó las lámparas, pero sí diseñó el sistema de suministro eléctrico para alimentarlas. Como define el divulgador Ben Bova, Edison ‘no estaba interesado en inventar una lámpara en sí, quería electrificar el mundo’. Así, el inventor estadounidense sí puede ser considerado el padre de la bombilla, puesto que simplificó los sistemas para la producción comercial de lámparas y, además, contribuyó de manera notable a la implementación de sistemas de transporte de energía. Fue el responsable, en 1880, de la primera patente de uso comercial de una bombilla.

El invento de la bombilla de bajo consumo.

Las lámparas fluorescentes fueron presentadas por primera vez en la Exposición Universal de Nueva York de 1939.

Desde entonces su uso se extendió por todo el mundo, aunque su gran tamaño (eran los originales fluorescentes alargados) impidió un mayor desarrollo.

Un ingeniero de la General Electric creó en 1976 la pequeña bombilla fluorescente que ahora conocemos, la llamada CFL (siglas en inglés de Lámpara Fluorescente Compacta). Era literalmente un tubo fluorescente más pequeño y doblados en espiral sobre sí mismo, pero sus costes de su fabricación no permitieron su verdadero desarrollo comercial hasta los años 80.

¿Qué es la silicona?

La silicona es un polímero inodoro e incoloro hecho principalmente de silicio. La silicona es inerte y estable a altas temperaturas, lo que la hace útil en gran variedad de aplicaciones industriales, como lubricantes, adhesivos, moldes, impermeabilizantes, y en aplicaciones médicas y quirúrgicas, como prótesis valvulares cardíacas e implantes de mamas. También se denomina silicona a la familia de compuestos químicos sintetizados por primera vez en 1938. Frederick Kipping es el químico pionero en el estudio de compuestos orgánicos que contiene moléculas de carbono y silicio y fue quien acuñó el término silicona.

¿Qué es un pigmento fotoluminiscentes?

Sólidos en polvo que poseen la propiedad de almacenar la luz que les incide y posteriormente emitirla en la oscuridad. Como cualquier sólido necesitan de un ligante que los fije a un soporte. Disponemos de distintas granulometrías, para distintos sistemas (acuosos y solventes).

¿Qué es el yeso?

El ‘yeso’, como material de construcción, es un producto elaborado a partir de un mineral natural denominado igualmente yeso o aljez, mediante deshidratación, que una vez amasado con agua, puede ser utilizado directamente.

Consecuencias de las bombillas comunes.

Las consecuencias derivadas del uso de fuentes de energía de origen fósil son muchas: agotamiento de los recursos, dificultad de abastecimiento, dependencia energética y contaminación ambiental.

Agotamiento de recursos: los combustibles fósiles tienen una vida limitada. En algunos casos, se reducen a pocos años, por lo que es extremadamente importante buscar alternativas a estas opciones. En el siguiente gráfico se muestran las estimaciones sobre el número de años que faltan para que se agoten estas fuentes de energía:

Dificultad de abastecimiento, directamente relacionada con el punto anterior. La disminución de los recursos, provocará a medio plazo serías dificultades en el abastecimiento de energía. Además, los conflictos bélicos generados por las fuentes de energía, como el petróleo, hacen que se conviertan en temas estratégicos en la economía mundial.

Dependencia energética: con el sistema actual de producción energética dependemos prácticamente en exclusiva de los combustibles fósiles. Es por ello que se deben plantear alternativas energéticas adecuadas, rentables y no peligrosas para la salud y el medio ambiente. De ahí que el desarrollo de las energías renovables se tenga como un objetivo primordial.

Contaminación ambiental: en la explotación de los yacimientos minerales, se produce la contaminación de las aguas y los suelos. Una vez extraído el combustible, el transporte del mismo conlleva emisiones de efecto invernadero e impactos directos en la naturaleza (gaseoductos, oleoductos, etc.). La generación de energía necesita un proceso de combustión que produce enormes emisiones de gases con efecto invernadero (ver sección “Cambio Climático”), como el CO2, NOx, SOx, COVs, partículas en suspensión, etc.

la sobreexposición a la luz eléctrica está causando estragos en la salud humana. Dolor de cabeza, estrés y de posibles accidentes de tráfico son las consecuencias, según un estudio de la Universidad Nacional. No obstante, es en la vida animal donde se paga un precio más alto.

Andrea González, bióloga de la Universidad de Caldas, señala que decenas de especies de aves e insectos están en peligro a causa de este tipo de contaminación. “Muchas aves migratorias se ven atraídas por la luz de las grandes ciudades en la noches. Al desviarse de su rumbo terminan alterando sus ciclos migratorios o pueden incluso morir en la ciudad, ya que no están adaptadas”.

Por otro lado, los tiempos de reproducción de los insectos, por ejemplo, se ven modificados y en el caso particular de las larvas, los períodos de crecimiento se retrasan o adelantan lo cual trastorna los procesos naturales.

En Colombia el consumo de energía eléctrica ha aumentado. De acuerdo con un estudio de la empresa XM, filial de la estatal Interconexión Eléctrica S.A (ISA), entre julio de 2011 y junio de 2012 la demanda de energía eléctrica creció 3,1 por ciento, mientras que en los primeros seis meses de 2012 registró un crecimiento de 2,7 por ciento.

Igualmente, según la EPM, una persona promedio usa 38KVh (Kilovatios hora mes). Esto quiere decir que una familia de cuatro personas tiene un consumo medio mensual de cerca de 152 KVh. El problema de un gasto excesivo y poco responsable de la energía eléctrica es la contaminación lumínica, la cual no resulta tan perceptible como otro tipo de contaminación.

La contaminación lumínica es el brillo o resplandor del cielo nocturno, producido por la difusión de la luz artificial. Como consecuencia, la oscuridad de la noche disminuye y desaparece progresivamente el brillo de las estrellas y otros cuerpos celestes. Esta se presenta cuando hay un uso excesivo de la luz artificial. De esta manera, ciudades como Las Vegas, con sus grandes anuncios de neón, son un caso ilustrativo de esta problemática.

Sin embargo, no solo las luces que provienen de la publicidad son las responsables de este tipo de contaminación. William Enrique Cepeda, Ingeniero geógrafo de la Sociedad Geográfica de Colombia, afirmó durante la IV Reunión Interinstitucional de Ciencias de la Tierra, que “la causa principal de la contaminación lumínica es el uso de la red eléctrica de alumbrado público, que no tiene pantallas diseñadas para enviar la luz en forma dirigida a donde se necesita y evitar su dispersión hacia el cielo, se ha convertido en una práctica habitual de las nuevas urbanizaciones”.

Etimología e historia de la palabra bombilla.

“Bombilla” es forma diminutiva de bomba que a su vez dio lugar a la voz “pompa”, como la de jabón, forma que añadió al término la nota semántica de objeto o cosa esférica o de globo. En latín se llamaba bombus, del griego bombos, con el significado de zumbido, en cuyo caso era acepción de naturaleza onomatopéyica.

Se pierden los corredores biológicos.

González explica que no solo la luz está causando daños en las ciudades. Vallas, pasacalles y publicidad ilegal afecta los corredores biológicos que se encuentran en la urbes, lo cual termina afectando al medioambiente como tal.

En Bogotá, por ejemplo, de acuerdo con la Secretaria Distrital de Ambiente, los constructores, principalmente, se han encargado de inundar ciertos sectores de la ciudad con publicidad, la cual no solo destruye los corredores biológicos, sino que genera contaminación visual. Las localidades de Suba y Usaquén son las más afectadas.

Desventajas de las bombillas incandescentes.

Desde el invento del tradicional foco incandescente, la ciencia se ha encargado de dar a conocer los pros y contras de este artefacto; por consiguiente, hemos pasado de éste a los incandescentes de halógeno, a las lámparas fluorescentes compactas (LFC), a los diodos emisores de luz (LED).

Desde hace algunos años, las bombillas incandescentes han ido desapareciendo del mercado, dejándonos como opciones los de halógeno, los LFC y los LED. Sin embargo, ¿cuáles son los mitos que albergan estos focos?

Los focos incandescentes de halógeno, los cuales funcionan de manera similar a sus antecesores, usan el filamento de tungsteno con gas de halógeno para que tengan una mejor combustión. Y aunque se haya dicho lo contrario, este tipo de bombillas  no contienen ningún metal tóxico o mercurio. Por el otro lado, aunque cuestan más, utilizan 25% menos energía que los incandescentes tradicionales, y duran un poco menos.

Los LFC, igual de eficientes que sus antepasados, redujeron el gasto de energía al 75%; además, con una duración de hasta diez veces más. No obstante, la tonalidad que emiten puede alterar (de poco a bastante) los colores de los objetos; incluyendo a los LFC diseñados para una sensibilidad más detallada a los tonos.

Un mito que surgió de esta bombilla es que era peligroso por su contenido de mercurio; sin embargo, una lata de atún y un termómetro tienen más mercurio que este tipo de foco en sí. De modo que, si no se rompe, no representa ningún riesgo a la salud; y en caso que se rompan, la mejor manera de limpiar los restos es barriéndolos, y colocarlos en una caja para que ciertas empresas los reciclen.

Además, otro de los mitos que se generó acerca de esta bombilla fue su elevado campo electromagnético; que en realidad está por debajo de otros dispositivos eléctricos, como los automóviles y aparatos electrodomésticos. Por el otro lado, también se llegó a creer que los LFC provocaban ataques de epilepsia; situación que sí llegó a suceder, pero en la actualidad las bombillas cuentan con balastros electrónicos que evitan ese tipo de situaciones. Sólo un foco defectuoso podría causar serios problemas de epilepsia, debido a una alta fotosensibilidad.

Los LED, son la última novedad en cuestiones de emisiones de luz, los cuales utilizan la mitad de energía que los LFC. Cuentan con numerosas maneras de presentarse: tanto en color como en tamaño. Y actualmente, se está tratando de innovar el funcionamiento de estos focos, con el fin de poderlos controlar a distancia vía aplicaciones de dispositivos móviles, e incluso, modificar la intensidad con la que alumbran.

Lo que más llama la atención de los LED es que duran muchísimo más que sus antecesores, alrededor de 46 años si se utilizan durante tres horas al día, y sin que afecte prenderlos y apagarlos continuamente.

No obstante, los LED también cuentan con un lado oscuro: están fabricados con metales como níquel, arsénico, cobre y plomo; los cuales se han relacionado con daños neurológicos, cáncer, enfermedades del riñón, de la piel, e incluso con hipertensión. Si bien los focos funcionales están libres de dichos riesgos, los desechos y restos sí pueden afectar la salud de los individuos.

Actualmente, los LED están clasificados como elementos no tóxicos; sin embargo, investigadores de la Universidad de California Irvine explican que, una vez que los focos se pulverizan, tienen altos niveles de toxinas, provocando riesgos en la salud. Por consiguiente, en caso que se rompa un foco LED, es mejor limpiar el área con guantes, masca y una escoba.

Objetivo

Armar una bombilla a base de pigmento fotofosforecente que brille en la oscuridad y no utilice el electricidad.

Justificación

Durante años la gente ha escogido bombillas basándose en los vatios. Los focos son parte esencial de un hogar, sin embargo este tipo de bombillas utilizan electricidad de manera crítica; en algunos casos a pesar de eso utilizan focos ahorradores pero se continua con el uso de energía, en cambio nuestro producto no utiliza energía, ya que el pigmento fotofosforecente es un material que brilla en la oscuridad; a comparación de otros polvos para pintar, nuestro pigmento casero no es toxico.

Esta bombilla de silicona emitirá una luz fosforescente en la oscuridad, sin necesidad de ningún tipo de electricidad.

Este producto no se calienta, por lo que podemos colocarlo de cualquier posición y en cualquier superficie sin riesgo de accidentes. Al utilizar silicona, el foco iluminará de manera eficiente.

 

Hipótesis

Si logramos armar una bombilla a base de pigmento fotofosforecente entonces obtendremos un producto que ilumine sin utilizar energía.

Método (materiales y procedimiento)

Lista de materiales:

  • 800 ml de agua.
  • 20 gramos de Maizena.
  • 500 gramos de yeso.
  • Un recipiente cuadrado.
  • Un recipiente pequeño.
  • 4 gotas de colorante líquido vegetal (rojo).
  • 2 marca textos.
  • Una cuchara.
  • 200 ml de silicona.
  • 4 ligas.
  • Un foco usado.
  • 10 ml de aceite vegetal.

Procedimiento:

  1. Colocar 500 gramos de yeso en el recipiente cuadrado, verter 250 ml de agua y revolver la mezcla evitando que se seque. Cubrir de aceite vegetal el foco usado.
  2. Colocar el foco dentro de la mezcla antes de que esta se seque y cubrir la bombilla con el yeso dejando libre la parte superior, colocando lo más grande hacia abajo. Cubrir de aceite vegetal el foco nuevamente.
  3. Retirar el foco antes de que se seque por completo la mezcla, evitando romper el molde, después partir a la mitad y dejar secar.
  4. Retirar la tinta de los dos marca textos y colocarlos en el recipiente pequeño con 100 ml de agua y revolver.
  5. Después, colocar los 20 gramos de maizena en el agua y revolver.
  6. Colocar 200 ml de silicona en el mismo recipiente pequeño y revolver para obtener una mezcla. Esto es el pigmento de nuestra bombilla.
  7. Juntar las dos mitades de yeso anteriormente elaboradas y secas, y unir con las ligas rodeando las dos mitades.
  8. Verter el pigmento anteriormente elaborado por el orificio de arriba del yeso y dejar secar por 2 días.
  9. Retirar las ligas y separar las dos mitades de yeso, por último retirar la bombilla seca de silicona.

Galería Método

Resultados

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Bibliografía

  • Definición de, Definición de bombilla, disponible en https: //definicion.de/bombilla/, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • About español, Como funciona una bombilla, disponible en https://www.aboutespanol.com/como-funciona-una-bombilla-1240063, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Monografías, Silicona, disponible en http://www.monografias.com/trabajos96/silicona/silicona.shtml#ixzz56TIZfqam, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Curiosfera, Quién invento la bombilla y su historia, disponible en http://www.curiosfera.com/quien-invento-la-bombilla-y-su-historia/, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Yeso Proinsa, ¿Qué es el yeso?, disponible en http://www.yesosproinsa.com/yeso.html,  consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Ecosfera, Conoce las verdades y mentiras de los focos de luz, disponible en http://ecoosfera.com/2014/03/conoce-las-verdades-y-mentiras-de-los-focos-de-luz/, consultado el 13 de febrero del 2018.


Bombilla a base de pigmento fotofosforecente

Summary

Research Question

How to build a light bulb based on photo phosphorus pigment?

Problem approach

Background

¿Quién inventó la bombilla?

La bombilla o lámpara incandescente fue obra de dos genios: el inglés Joseph W.Swan (1828 – 1914) y el norteamericano Thomas Alva Edison (1847 – 1931). La primera bombilla eléctrica vio la luz y se hizo el 21 de octubre de 1879 tras muchos años de experimentos y fracasos.

Muchas personas creen que el inventor de la bombilla fue Thomas Edison, pero éste verdaderamente lo que consiguió fue perfeccionar el invento de Joseph Swan y que funcionase con más efectividad y durante mucho más tiempo. Además, Edison también patentó el 27 de enero de 1880 la bombilla eléctrica o bombilla incandescente, cosa que no hizo Swan.

Ambos pretendían lo mismo: transformar la electricidad en luz mediante un instrumento que mejorase los resultados de la ya existente lámpara de arco eléctrico inventada en 1811 por Humphrey Davy (1778 – 1829).

Historia de la bombilla.

Se ensayó con diferentes filamentos metálicos incandescentes e incluso con otros de procedencia vegetal como el algodón o fibra de bambú carbonizado y encerrado herméticamente al vacío en el interior de un globo de vidrio, estableciéndose la conexión mediante dos hilos de platino.

Pero la vida útil de aquella bombilla era efímera, un par de cientos de horas, y el rendimiento escaso: daba poca luz y además ésta no se mantenía constante sino que parpadeaba y decrecía en intensidad.

El principal problema con el que tropezaron los inventores de la bombilla eléctrica, Edison y Swan, fue cómo impedir que los filamentos se fundieran por el calor. En 1883 se intentó con filamentos elaborados con una solución de celulosa, y en 1905 se probó con carbón metalizado capaz de resistir altas temperaturas y proporcionar una luminosidad aceptable: cuatro lumen por vatio. Pero el rendimiento era pobre y la duración de la bombilla muy escasa.

La solución definitiva se encontró en los filamentos metálicos: primero el osmio y luego el tantalio. En 1909 la bombilla quedó casi configurada con el filamento de wolframio.

Las primeras bombillas eran de fabricación artesanal, por lo que se trataba de un producto caro. Hoy se fabrican en serie mediante máquinas automatizadas que producen miles de bombillas por hora.

Como curiosidad, existe una bombilla que lleva encendida más de 115 años (ver noticia completa aquí). Está funcionando ininterrumpidamente desde el año desde 1901 y se encuentra en un cuartel de bomberos de California, en Estados Unidos.

El origen de la bombilla.

No se puede entender el origen de la bombilla sin antes conocer un poco el de la electricidad. La palabra electricidad es griega: del término elektron = ámbar. De hecho, el filósofo Tales de Mileto describió (624 a.C – 546 a.C) en el 600 a.C. el poder electrostático de un trozo de resina fósil que se trajo de las orillas del Báltico, el ámbar. También las civilizaciones hindúes antiguas experimentaron que calentando cierto tipo de cristal se podía atraer hacia ellos las cenizas calientes.

La electricidad es una forma de energía tan asombrosa y rica que un gramo de materia al que se le sacara el potencial energético que encierra, podría mantener encendida una casa con diez bombillas de cien vatios cada una durante tres mil años.

La primera máquina que produjo una chispa eléctrica la creó en el siglo XVII Otto von Guericke (1602 – 1686): era un globo giratorio de azufre sobre el que una persona apoyaba su mano para producir un frotamiento.

El primero en utilizar esta fabulosa energía fue el italiano Alejandro Volta (1745 – 1827), a quien Napoleón había encargado en 1801 hacer una demostración de su famosa pila, primera fuente continua de energía eléctrica de la historia.

Veinte años después el británico Michael Faraday (1791 – 1867) ponía en marcha el primer motor eléctrico. Este mismo personaje inventó la dinamo o generador de electricidad, y el transformador para modificar el voltaje en 1831.

A principios del XIX el escocés William Murdoch (1873 – 1912) iluminó su casa y una fábrica de tejidos mediante el mismo procedimiento: una nueva luz producida por el hombre de manera científica.

¿Qué es una bombilla?

La bombilla eléctrica es posiblemente uno de los mejores inventos de la historia de la humanidad. Desde el descubrimiento del fuego, que eliminó la dependencia humana de la luz del sol, la creación de estas pequeñas lámparas ha ampliado la posibilidad de llevar la luz a todos los lugares del planeta.

Una  bombilla es sinónimo de lámpara eléctrica o lamparita. Aunque varios inventores trabajaron en el desarrollo de este tipo de dispositivos, su creación es atribuida al estadounidense Thomas Alva Edison, a quien se le concedió la patente correspondiente en 1880.

Las bombillas pueden funcionar a partir de la fluorescencia de un metal que recibe una descarga de electricidad o a través del calentamiento de un filamento mediante el efecto Joule.

Cuando la bombilla apela al efecto Joule, se la denomina bombilla incandescente. El proceso de calentamiento hace que el filamento, con el paso de la corriente, se ponga rojo blanco. La mayor parte de la electricidad consumida por estas bombillas se transforma el calor, y apenas el 15% se convierte en luz.

Cómo funciona una bombilla incandescente.

Una bombilla incandescente, de las tradicionales, tiene un funcionamiento en realidad muy similar a una antorcha. Se basa en el calentamiento de un metal, el tungsteno, a través de una corriente eléctrica. Esta corriente, que pasa por ese delgado filamento provoca que el metal entre en incandescencia e irradie luz.

El principal problema que ofrecen estas lámparas, y la causa de su retirada en los países occidentales, reside en su baja eficiencia. La mayor parte de la electricidad suministrada a una de estas bombillas se disipa en forma de calor. Hasta el 95% de la energía se pierde en forma de calor y sólo un pequeño porcentaje se destina en realidad a aportar luz. Por eso, una vez encendidas, estas bombillas no pueden tocarse con las manos: queman más que la luz que aportan.

Cómo funciona una bombilla fluorescente.

Desde finales del siglo XX, la bombilla fluorescente ha empezado a sustituir a la bombilla incandescente tradicional, en general por regulaciones gubernamentales que buscan la eficiencia energética.

Y esa es la gran ventaja de este tipo de lámparas: apenas emiten calor, puesto que se basan en la emisión directa de fotones.

Las bombillas fluorescentes se componen de un gas inerte, encapsulado en un cristal que une dos filamentos. En este caso, la corriente eléctrica que calienta los filamentos permite ionizar el gas.

Se genera, de esta manera, un puente de plasma que provoca la emisión de fotones, es decir, de luz.

Las originales lámparas fluorescentes eran alargadas y muy frágiles y necesitaban de unos balastos (cebadores) magnéticos. Además de poco prácticos, porque se tenían que sustituir cada cierto tiempo, provocaban un efecto de parpadeo en la luz, que se he eliminado con los cebadores electrónicos de las actuales bombillas fluorescentes compactas.

La presencia de mercurio en este tipo de lámparas, imprescindible para la emisión de fotones, provoca que su reciclaje sea mucho más complejo que el de las bombillas incandescentes. No se pueden eliminar arrojándolas a la basura y necesitan ser depositadas en contenedores específicos.

Edison y la bombilla incandescente.

La invención de la bombilla eléctrica suele asociarse a la figura de Thomas Alba Edison (1847-1931). Pero él no fue su inventor, puesto que este tipo de lámparas ya se conocían desde décadas antes de que empezara a trabajar en ello el gran creador estadounidense. Ya en 1860, el británico Joseph Swan (1828-1914) había producido una lámpara con filamento de carbón, aunque la primera lámpara eléctrica de la historia se remonta al año 1802 y fue producida gracias a un experimento del también británico Humphry Davy (1778-1829).

Sin embargo, no es inadecuado considerar a Edison como la principal figura relacionada con las bombillas: no inventó las lámparas, pero sí diseñó el sistema de suministro eléctrico para alimentarlas. Como define el divulgador Ben Bova, Edison ‘no estaba interesado en inventar una lámpara en sí, quería electrificar el mundo’. Así, el inventor estadounidense sí puede ser considerado el padre de la bombilla, puesto que simplificó los sistemas para la producción comercial de lámparas y, además, contribuyó de manera notable a la implementación de sistemas de transporte de energía. Fue el responsable, en 1880, de la primera patente de uso comercial de una bombilla.

El invento de la bombilla de bajo consumo.

Las lámparas fluorescentes fueron presentadas por primera vez en la Exposición Universal de Nueva York de 1939.

Desde entonces su uso se extendió por todo el mundo, aunque su gran tamaño (eran los originales fluorescentes alargados) impidió un mayor desarrollo.

Un ingeniero de la General Electric creó en 1976 la pequeña bombilla fluorescente que ahora conocemos, la llamada CFL (siglas en inglés de Lámpara Fluorescente Compacta). Era literalmente un tubo fluorescente más pequeño y doblados en espiral sobre sí mismo, pero sus costes de su fabricación no permitieron su verdadero desarrollo comercial hasta los años 80.

¿Qué es la silicona?

La silicona es un polímero inodoro e incoloro hecho principalmente de silicio. La silicona es inerte y estable a altas temperaturas, lo que la hace útil en gran variedad de aplicaciones industriales, como lubricantes, adhesivos, moldes, impermeabilizantes, y en aplicaciones médicas y quirúrgicas, como prótesis valvulares cardíacas e implantes de mamas. También se denomina silicona a la familia de compuestos químicos sintetizados por primera vez en 1938. Frederick Kipping es el químico pionero en el estudio de compuestos orgánicos que contiene moléculas de carbono y silicio y fue quien acuñó el término silicona.

¿Qué es un pigmento fotoluminiscentes?

Sólidos en polvo que poseen la propiedad de almacenar la luz que les incide y posteriormente emitirla en la oscuridad. Como cualquier sólido necesitan de un ligante que los fije a un soporte. Disponemos de distintas granulometrías, para distintos sistemas (acuosos y solventes).

¿Qué es el yeso?

El ‘yeso’, como material de construcción, es un producto elaborado a partir de un mineral natural denominado igualmente yeso o aljez, mediante deshidratación, que una vez amasado con agua, puede ser utilizado directamente.

Consecuencias de las bombillas comunes.

Las consecuencias derivadas del uso de fuentes de energía de origen fósil son muchas: agotamiento de los recursos, dificultad de abastecimiento, dependencia energética y contaminación ambiental.

Agotamiento de recursos: los combustibles fósiles tienen una vida limitada. En algunos casos, se reducen a pocos años, por lo que es extremadamente importante buscar alternativas a estas opciones. En el siguiente gráfico se muestran las estimaciones sobre el número de años que faltan para que se agoten estas fuentes de energía:

Dificultad de abastecimiento, directamente relacionada con el punto anterior. La disminución de los recursos, provocará a medio plazo serías dificultades en el abastecimiento de energía. Además, los conflictos bélicos generados por las fuentes de energía, como el petróleo, hacen que se conviertan en temas estratégicos en la economía mundial.

Dependencia energética: con el sistema actual de producción energética dependemos prácticamente en exclusiva de los combustibles fósiles. Es por ello que se deben plantear alternativas energéticas adecuadas, rentables y no peligrosas para la salud y el medio ambiente. De ahí que el desarrollo de las energías renovables se tenga como un objetivo primordial.

Contaminación ambiental: en la explotación de los yacimientos minerales, se produce la contaminación de las aguas y los suelos. Una vez extraído el combustible, el transporte del mismo conlleva emisiones de efecto invernadero e impactos directos en la naturaleza (gaseoductos, oleoductos, etc.). La generación de energía necesita un proceso de combustión que produce enormes emisiones de gases con efecto invernadero (ver sección “Cambio Climático”), como el CO2, NOx, SOx, COVs, partículas en suspensión, etc.

la sobreexposición a la luz eléctrica está causando estragos en la salud humana. Dolor de cabeza, estrés y de posibles accidentes de tráfico son las consecuencias, según un estudio de la Universidad Nacional. No obstante, es en la vida animal donde se paga un precio más alto.

Andrea González, bióloga de la Universidad de Caldas, señala que decenas de especies de aves e insectos están en peligro a causa de este tipo de contaminación. “Muchas aves migratorias se ven atraídas por la luz de las grandes ciudades en la noches. Al desviarse de su rumbo terminan alterando sus ciclos migratorios o pueden incluso morir en la ciudad, ya que no están adaptadas”.

Por otro lado, los tiempos de reproducción de los insectos, por ejemplo, se ven modificados y en el caso particular de las larvas, los períodos de crecimiento se retrasan o adelantan lo cual trastorna los procesos naturales.

En Colombia el consumo de energía eléctrica ha aumentado. De acuerdo con un estudio de la empresa XM, filial de la estatal Interconexión Eléctrica S.A (ISA), entre julio de 2011 y junio de 2012 la demanda de energía eléctrica creció 3,1 por ciento, mientras que en los primeros seis meses de 2012 registró un crecimiento de 2,7 por ciento.

Igualmente, según la EPM, una persona promedio usa 38KVh (Kilovatios hora mes). Esto quiere decir que una familia de cuatro personas tiene un consumo medio mensual de cerca de 152 KVh. El problema de un gasto excesivo y poco responsable de la energía eléctrica es la contaminación lumínica, la cual no resulta tan perceptible como otro tipo de contaminación.

La contaminación lumínica es el brillo o resplandor del cielo nocturno, producido por la difusión de la luz artificial. Como consecuencia, la oscuridad de la noche disminuye y desaparece progresivamente el brillo de las estrellas y otros cuerpos celestes. Esta se presenta cuando hay un uso excesivo de la luz artificial. De esta manera, ciudades como Las Vegas, con sus grandes anuncios de neón, son un caso ilustrativo de esta problemática.

Sin embargo, no solo las luces que provienen de la publicidad son las responsables de este tipo de contaminación. William Enrique Cepeda, Ingeniero geógrafo de la Sociedad Geográfica de Colombia, afirmó durante la IV Reunión Interinstitucional de Ciencias de la Tierra, que “la causa principal de la contaminación lumínica es el uso de la red eléctrica de alumbrado público, que no tiene pantallas diseñadas para enviar la luz en forma dirigida a donde se necesita y evitar su dispersión hacia el cielo, se ha convertido en una práctica habitual de las nuevas urbanizaciones”.

Etimología e historia de la palabra bombilla.

“Bombilla” es forma diminutiva de bomba que a su vez dio lugar a la voz “pompa”, como la de jabón, forma que añadió al término la nota semántica de objeto o cosa esférica o de globo. En latín se llamaba bombus, del griego bombos, con el significado de zumbido, en cuyo caso era acepción de naturaleza onomatopéyica.

Se pierden los corredores biológicos.

González explica que no solo la luz está causando daños en las ciudades. Vallas, pasacalles y publicidad ilegal afecta los corredores biológicos que se encuentran en la urbes, lo cual termina afectando al medioambiente como tal.

En Bogotá, por ejemplo, de acuerdo con la Secretaria Distrital de Ambiente, los constructores, principalmente, se han encargado de inundar ciertos sectores de la ciudad con publicidad, la cual no solo destruye los corredores biológicos, sino que genera contaminación visual. Las localidades de Suba y Usaquén son las más afectadas.

Desventajas de las bombillas incandescentes.

Desde el invento del tradicional foco incandescente, la ciencia se ha encargado de dar a conocer los pros y contras de este artefacto; por consiguiente, hemos pasado de éste a los incandescentes de halógeno, a las lámparas fluorescentes compactas (LFC), a los diodos emisores de luz (LED).

Desde hace algunos años, las bombillas incandescentes han ido desapareciendo del mercado, dejándonos como opciones los de halógeno, los LFC y los LED. Sin embargo, ¿cuáles son los mitos que albergan estos focos?

Los focos incandescentes de halógeno, los cuales funcionan de manera similar a sus antecesores, usan el filamento de tungsteno con gas de halógeno para que tengan una mejor combustión. Y aunque se haya dicho lo contrario, este tipo de bombillas  no contienen ningún metal tóxico o mercurio. Por el otro lado, aunque cuestan más, utilizan 25% menos energía que los incandescentes tradicionales, y duran un poco menos.

Los LFC, igual de eficientes que sus antepasados, redujeron el gasto de energía al 75%; además, con una duración de hasta diez veces más. No obstante, la tonalidad que emiten puede alterar (de poco a bastante) los colores de los objetos; incluyendo a los LFC diseñados para una sensibilidad más detallada a los tonos.

Un mito que surgió de esta bombilla es que era peligroso por su contenido de mercurio; sin embargo, una lata de atún y un termómetro tienen más mercurio que este tipo de foco en sí. De modo que, si no se rompe, no representa ningún riesgo a la salud; y en caso que se rompan, la mejor manera de limpiar los restos es barriéndolos, y colocarlos en una caja para que ciertas empresas los reciclen.

Además, otro de los mitos que se generó acerca de esta bombilla fue su elevado campo electromagnético; que en realidad está por debajo de otros dispositivos eléctricos, como los automóviles y aparatos electrodomésticos. Por el otro lado, también se llegó a creer que los LFC provocaban ataques de epilepsia; situación que sí llegó a suceder, pero en la actualidad las bombillas cuentan con balastros electrónicos que evitan ese tipo de situaciones. Sólo un foco defectuoso podría causar serios problemas de epilepsia, debido a una alta fotosensibilidad.

Los LED, son la última novedad en cuestiones de emisiones de luz, los cuales utilizan la mitad de energía que los LFC. Cuentan con numerosas maneras de presentarse: tanto en color como en tamaño. Y actualmente, se está tratando de innovar el funcionamiento de estos focos, con el fin de poderlos controlar a distancia vía aplicaciones de dispositivos móviles, e incluso, modificar la intensidad con la que alumbran.

Lo que más llama la atención de los LED es que duran muchísimo más que sus antecesores, alrededor de 46 años si se utilizan durante tres horas al día, y sin que afecte prenderlos y apagarlos continuamente.

No obstante, los LED también cuentan con un lado oscuro: están fabricados con metales como níquel, arsénico, cobre y plomo; los cuales se han relacionado con daños neurológicos, cáncer, enfermedades del riñón, de la piel, e incluso con hipertensión. Si bien los focos funcionales están libres de dichos riesgos, los desechos y restos sí pueden afectar la salud de los individuos.

Actualmente, los LED están clasificados como elementos no tóxicos; sin embargo, investigadores de la Universidad de California Irvine explican que, una vez que los focos se pulverizan, tienen altos niveles de toxinas, provocando riesgos en la salud. Por consiguiente, en caso que se rompa un foco LED, es mejor limpiar el área con guantes, masca y una escoba.

Objective

To build a light bulb based on photo phosphorus pigment that shine in the dark and do not use electricity.

Justification

For years people have chosen light bulbs, based on the valteos. The bulbs are an essential part of a home, however these types of bulbs use electricity in a critical way; in some cases people use energy saving light bulbs, but the use of energy continues, however, our product does not use energy, since the photo phosphorus pigment is a material that shines in the dark. Compared to other powders to paint our homemade, this pigment is not toxic.

This silicone bulb will emit phosphorescent light in the dark without the need for any electrification.

This product is not heated, so we can place it from any position and on any surface without risk of accidents. By using silicone the bulb will illuminate efficiently.

Hypothesis

If we build a light bulb based on photo phosphorus pigment, we will get a product that shine without energy.

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography

  • Definición de, Definición de bombilla, disponible en https: //definicion.de/bombilla/, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • About español, Como funciona una bombilla, disponible en https://www.aboutespanol.com/como-funciona-una-bombilla-1240063, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Monografías, Silicona, disponible en http://www.monografias.com/trabajos96/silicona/silicona.shtml#ixzz56TIZfqam, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Curiosfera, Quién invento la bombilla y su historia, disponible en http://www.curiosfera.com/quien-invento-la-bombilla-y-su-historia/, consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Yeso Proinsa, ¿Qué es el yeso?, disponible en http://www.yesosproinsa.com/yeso.html,  consultado el 13 de febrero del 2018.
  • Ecosfera, Conoce las verdades y mentiras de los focos de luz, disponible en http://ecoosfera.com/2014/03/conoce-las-verdades-y-mentiras-de-los-focos-de-luz/, consultado el 13 de febrero del 2018.