Bombilla incandescente

Una bombilla incandescente produce luz haciendo pasar corriente por un filamento fino hasta ponerlo al rojo blanco, dentro de una ampolla de vidrio sin aire para que el filamento no se queme. Joseph Swan y Thomas Edison la hicieron utilizable en 1879, y alumbró casas y calles durante más de un siglo.

Qué es

La bombilla incandescente es una ampolla de vidrio con un hilo muy fino dentro, el filamento, que brilla al paso de la corriente. Antes, las casas se alumbraban con llamas: velas, lámparas de aceite y mecheros de gas, que humeaban y a menudo causaban incendios. Existían lámparas de arco eléctrico, pero daban demasiada luz para una habitación.

La lámpara de la lámina es del tipo que fabricaba la empresa de Edison a principios de la década de 1880. Sus descendientes fueron la lámpara doméstica habitual casi todo el siglo XX, hasta que las fluorescentes compactas y luego las LED la sustituyeron.

Cómo funciona

Todo material calentado lo suficiente emite luz. La resistencia eléctrica convierte en calor la energía de la corriente, y un filamento fino pasa del rojo apagado al naranja y luego al blanco. Cuanto más caliente, más blanca la luz y mejor el rendimiento, pero antes se evapora el filamento.

Al aire, un hilo de carbono o metal al rojo blanco se quema en instantes; por eso se vacía la ampolla o, más tarde, se llena de un gas que no reacciona. La bomba se conecta por un tubo estrecho en lo alto, que luego se cierra a la llama: es la pequeña punta de vaciado de las bombillas antiguas.

En una bomba de Sprengel, cada gota de mercurio que cae atrapa un poco de aire y lo arrastra tubo abajo.

Los hilos que llevan la corriente al filamento deben atravesar el vidrio. Vidrio y metal se dilatan de forma distinta, y un mal sellado se agrieta al calentarse la lámpara. El platino se dilata casi igual que el vidrio de las primeras bombillas, que por eso llevaban hilos cortos de platino a través de un pie de vidrio, unidos en el casquillo a cobre, más barato.

Edison diseñó a la vez la lámpara y su red. Un filamento de alta resistencia eléctrica consume poca corriente a unos 100 voltios, así que las lámparas pueden conectarse en paralelo, cada una con su interruptor, con cables de cobre de sección razonable.

Solo del 5 al 10 % de la electricidad de una bombilla incandescente sale como luz visible; el resto es calor.

Cómo construirla

Una lámpara duradera necesita un soplador de vidrio, una bomba de vacío que alcance una presión muy baja y un filamento adecuado a su tensión. Solo el primer paso es una demostración segura en casa; los demás describen cómo se hacían las primeras lámparas en un taller.

Ver el principio. Sujetar un trocito de mina de lápiz fina entre dos pinzas metálicas sobre una baldosa de cerámica y taparlo con un tarro boca abajo. Alimentarlo con una fuente de laboratorio a unos 12 voltios y el límite de corriente al mínimo, y subirlo poco a poco. La mina se pone naranja y luego se quema con el oxígeno del tarro: por eso hay que vaciar la ampolla.

Carbonizar el filamento. En los talleres se metían lazos de bambú o hilo de algodón en carbón vegetal en polvo, en un crisol con tapa y respiradero que se calentaba al rojo en un horno durante horas. Sin aire, la fibra se vuelve carbono y no ceniza; los gases que escapan son inflamables y contienen monóxido de carbono.

Sellar los hilos. Se fundían dos hilos cortos de platino, u otro metal adaptado al vidrio, en un pie de vidrio; el filamento se sujetaba a sus puntas con pasta de carbono, y el pie se soldaba en el cuello de una ampolla soplada con un tubo fino de vaciado arriba. Un filamento de baja tensión debe ser más corto y más grueso que uno de 100 voltios.

Bombear y calentar. Con la ampolla en la bomba, una corriente suave por el filamento expulsaba los gases del carbono y del vidrio. Cuando la presión dejaba de bajar, el tubo se cerraba a la llama.

Colocar el casquillo. Se fijaba con yeso un casquillo de latón al cuello, con un hilo soldado a la rosca y el otro al contacto central.

Seguridad. La tensión de red puede matar: usar solo una fuente de laboratorio con limitación de corriente, de menos de 24 voltios, nunca un enchufe de pared, y no conectar nunca un filamento directamente a una batería de coche o de litio. Filamentos, vidrio y pinzas se calientan hasta quemar la piel y prender el papel: trabajar sobre una baldosa, lejos de todo material inflamable. Una ampolla vacía de aire puede implosionar y proyectar vidrio: usar gafas y trabajar detrás de una pantalla transparente. El vapor de mercurio es tóxico: no construir ni usar una bomba de mercurio en casa. No calentar nunca un recipiente cerrado: la carbonización desprende gases inflamables y monóxido de carbono, y se hace en un horno ventilado al aire libre, no en una vivienda.

Historia y evolución

Las fibras de bambú carbonizado duraban mucho más que el papel y el hilo de las primeras lámparas.

En 1802 Humphry Davy puso al rojo una lámina de platino con la corriente de una gran batería, y en 1840 Warren de la Rue colocó una espiral de platino en un tubo al vacío. El platino era carísimo; el carbono, barato, ardía con el aire que dejaban las bombas de entonces.

En Inglaterra, Joseph Swan probaba desde hacia 1850 filamentos de papel carbonizado. Un ensayo de 1860 en una ampolla mal vaciada fracasó. Desde 1875 usó la nueva bomba de Sprengel, y entre diciembre de 1878 y febrero de 1879 mostró en Newcastle upon Tyne lámparas de carbono funcionales. En diciembre de 1880 instaló lámparas en Cragside, residencia del industrial William Armstrong.

Hacia 1910, el hilo de tungsteno estirado sustituyó al carbono y dio una luz más blanca y con mejor rendimiento.

En Menlo Park, Nueva Jersey, el laboratorio de Thomas Edison eligió un filamento de carbono de alta resistencia eléctrica. El 22 de octubre de 1879, una lámpara con hilo de algodón carbonizado lució 13,5 horas; luego el equipo subió la corriente y, cerca de una hora después, la ampolla se recalentó y se agrietó. La noche del 31 de diciembre de 1879, Edison iluminó su laboratorio y la calle ante los visitantes, con filamentos de cartón carbonizado en herradura. En 1880 adoptó el bambú, con una duración declarada de unas 1200 horas, y en 1882 la central de Pearl Street empezó a dar luz al sur de Manhattan. Tras un pleito de patentes en Gran Bretaña, las empresas de Swan y Edison se fusionaron en 1883 como «Ediswan».

Hacia 1910, William Coolidge, de General Electric, logró estirar en hilo fino el quebradizo tungsteno. Al rojo blanco se evapora mucho más despacio que el carbono, lo que permitió lámparas más calientes. Irving Langmuir llenó luego las ampollas de un gas inerte, al principio nitrógeno, que frena aún más la evaporación, y enrolló el filamento en espiral. Desde 2009, la Unión Europea, y después muchos otros países, empezaron a retirar las bombillas incandescentes corrientes; las sustituyeron las fluorescentes compactas y luego los LED.