MANUAL BÁSICO DE TECNOLOGÍA AUDIOVISUAL Antonio Cuevas antoniocuevas@gmail.com
Tema 45
HMI – XENÓN – LED 45.1
Lámparas de halogenuros metálicos (HMI) 45.1.1 El parpadeo en las unidades HMI 45.1.2 Velocidad segura: divisor del doble de la frecuencia 45.1.3 Balastos sin parpadeo (flicker free) 45.1.4 Normas básicas de seguridad en el manejo de unidades HMI 45.1.5 Softsun
45.2
Lámparas de xenón
45.3
LED 45.3.1 Sistemas LED con lente fresnel.
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LÁMPARAS DE HALOGENUROS METÁLICOS (HMI – Hydrargyrum Medium Arc-length Iodide) El arco voltaico produce una luz intensa y de pequeño tamaño, capaz de dibujar sombras marcadas. Durante muchos años fue la alternativa más eficaz en la industria cinematográfica cuando se necesitaba una fuente de alta potencia. Sin embargo presentaba serios inconvenientes: requería corriente continua y la atención constante de un electricista, expulsaba humos altamente tóxicos producto de la combustión de los electrodos, emitía dañinas radiaciones ultravioletas en cantidades importantes y, en todo caso, el control sobre la luz emitida era relativo pues esta dependía de la distancia entre los electrodos, distancia que variaba constantemente a medida que se iban consumiendo. Sellar los electrodos dentro de un bulbo de vidrio hizo posible el control de la mezcla de gases que envuelven al arco, minimizando la combustión de los propios electrodos, eliminando la emisión de humos tóxicos y estabilizando la calidad de la luz. Este fue el método que llevó a la obtención de las primeras lámparas de xenón, dentro de bulbos sellados, que inmediatamente fueron utilizadas como fuente de luz para los proyectores cinematográficos. Sin embargo, estas lámparas operaban a una muy alta presión de este gas, lo que las hacía extremadamente delicadas (solían estallar) y, por tanto, no apropiadas para rodajes cinematográficos. Las lámparas de halogenuros metálicos operan a presiones que, aunque altas, son sensiblemente inferiores y en frío su presión interna no es tan alta como en las lámparas de xenón, lo que las hace mucho más seguras. En todo caso, confinar los electrodos dentro de una cápsula sellada creaba dos obstáculos serios. Ya no era posible unir los electrodos y luego separarlos para iniciar el arco voltaico; se hacía preciso utilizar una fuente de alto voltaje – el ignitor – para arrancar el arco. Este alto voltaje – hasta 60.000 voltios – se requiere solo en periodos muy pequeños de tiempo, entre medio y dos segundos. Una vez que el arco ha sido encendido, lo cual significa que el gas se ha hecho conductivo, no es preciso tan alto voltaje.
Lámpara Philips HMI de 1.250 vatios, 750 horas, 5600K, $179.
El segundo obstáculo es que la separación entre los electrodos ya no puede ser ajustada para regular la corriente, es preciso un segundo componente que realice esta función mediante el control del voltaje suministrado por la red o la planta eléctrica: el balasto.
HMI 1200w Osram Sylvania. 200 horas, 6000K, $183
La constitución de las lámparas de halogenuros metálicos es similar a la de las de vapor de mercurio. La diferencia es que, además de mercurio, las HMI contienen halogenuros de tierras raras, tales como disprosio, talio, indio, holmio o tulio, con lo que se obtienen mayores rendimientos luminosos y, sobre todo, una mejor reproducción cromática. En una lámpara HMI, sobre el espectro básico de descarga del mercurio - muy discontinuo y enfático en los verdes y azules - se superpone el espectro aportado por los halogenuros de tierras raras, completando entre ambos una distribución espectral casi continua y muy próxima a la luz día. En los HMI para cine y TV, el IRC obtenido es siempre superior a 90.
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A diferencia de las lámparas de tungsteno, que cubren un espectro continuo, las primeras fuentes de descarga de gas, sólo radiaban partes muy restringidas de la región del espectro desde el ultravioleta al azul, y este espectro resultaba inadecuado para una buena interpretación del color. Si una fuente de luz cubre una parte limitada del espectro, solamente los colores que reflejan esos determinados matices aparecerán brillantes; los demás aparecerán oscuros. Las modernas lámparas de haluros de metal han vencido sus primitivas deficiencias colorimétricas. Al añadir varias tierras raras (yoduros metálicos) dentro de la envoltura del cuarzo (sílice fundido), la salida de luz aumenta, sobre todo en el espectro visible, para proporcionar una alta luminancia. Halógenos adicionales (bromo) evitan que la evaporación del tungsteno de los electrodos ennegrezca la envoltura de la lámpara. HMI es una marca registrada por el fabricante alemán Osram <1> que presentó la primera lámpara de este tipo en 1969 a pedido de la televisión alemana que buscaba una alternativa más eficiente al tungsteno. La Academia de Hollywood premió a la marca alemana en 1983 con un Oscar técnico por la aportación de Potente lámpara HMI Osram sus lámparas de xenón a la cinematografía profesional. El primer uso Sylvania W/SE/GX51 de 18.000 intensivo de los HMI coincidió con las Olimpiadas de Munich, vatios. Vida media: 300 horas, Alemania Occidental, entre el 26 de agosto y el 11 de septiembre de 6000K, $1490 1972. Las lámparas HMI <2> HMI - LÁMPARAS DE HALOGENUROS METÁLICOS emiten una luz muy intensa y de la misma temperatura de CONECTORES A AMBOS LADOS color de la luz diurna, son Primitivas lámparas de mucho más eficientes que halogenuros metálicos y las de tungsteno-halógeno y actualmente las de alto vataje. generan mucho menos calor Deben ser utilizadas sólo en (asunto importante cuando se posición horizontal (Arri 1250 filma en espacios cerrados y de la Escuela). > pequeños donde la CONECTORES A UN SOLO LADO proximidad o intensidad de una fuente de luz puede Pueden colocarse en cualquier molestar a los actores o posición, acoplarse en reflectores parabólicos (mayor eficiencia) y perjudicar un bodegón). Al en unidades más pequeñas (HMI carecer de filamento son 200 y 400 vatios de la Escuela). menos vulnerables a golpes Nunca tocar con los dedos. y vibraciones. Deben Permitió la fabricación de las La grasa de la piel humana, alimentarse a través de un pequeñas y muy eficientes producirá con el paso de las horas unidades portátiles > balasto (ballast) que se de uso un punto débil en el cuarzo conecta a la corriente de la línea o a un generador. En iluminación para cine y TV, la serie de aparatos con lámparas HMI está disponible en potencias variables desde los 15 vatios hasta los 100 kilovatios <3>. Las siglas HMI corresponden a "Hidrargyrum” (mercurio en latín, el principal elemento para crear el voltaje de la lámpara), "Medium arc-length" (arcos de longitud media) y "Iodine" (los componentes halógenos, yodo y bromo, cumplen la misma función que en una lámpara halógena: asegurar que los metales de tierras raras permanezcan concentrados en la zona caliente del arco). Son lámparas de descarga, con arco de corriente alterna encerrado en una ampolla de cuarzo a alta presión que HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 3 de 34
contiene haluros metálicos, de alto rendimiento, y que emite radiaciones de espectro discontinuo parecidas a las de la luz día. Su escalonada gama de potencias, rendimiento y comodidad de uso (no es necesario filtrar para obtener luz día) desplazó inmediatamente a los brutos o arcos de carbones.
HMI 12/18kw fabricado por LTM.
La elevada relación entre la luminosidad producida y la potencia consumida (hasta 108 lúmenes/vatio) por una lámpara HMI, es muy superior a la de cualquier tipo de lámpara de incandescencia. Los proyectores de iluminación equipados con lámparas HMI desprenden menos calor que sus equivalentes en incandescencia por su alto rendimiento puesto que la mayor parte de la energía eléctrica se transforma en energía luminosa. El balasto lo alimenta a voltajes adecuados, y ceba el arco por medio de una corriente inicial de muy alto voltaje, manteniéndola después en el punto requerido.
Coste de alquiler: $800/día
Las lámparas HMI con conectores en los extremos se utilizan en proyectores cerrados (fresnel o spot) con lente convergente fresnel para luz dirigida (popularmente conocidos en España como sirios), o en softlites. Las lámparas PAR HMI, con los dos conectores en la base y en potencias variadas, producen luz directa muy concentrada por la lente del correspondiente proyector parabólico PAR (por ejemplo Arrisun, CinePAR, Caravaggio, Sunray, MolePAR, etc); un regulador mecánico y/o lentes accesorias (habitualmente un juego de cuatro) permiten dispersar (flood) o concentrar (spot) el haz de luz <4>. Las lámparas HMI, hasta una potencia de 2500 vatios, pueden emplear cables ligeros y redes monofásicas por lo que son muy prácticas para uso portátil. Técnicamente, al igual que las fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión, las HMI son uno de los tres tipos existentes de lámparas de vapor de mercurio a alta presión. Las otras dos son las de mercurio estándar y las de luz de mezcla, de las que ya hemos hablado. <5>. Para alumbrado industrial y comercial, las luces metalhalógenas (o metalógenas) son muy empleadas en grandes superficies en las que se requiera una razonable reproducción del color: en un estadio deportivo, un hipermercado, un aeropuerto o una estación de transporte de superficie, probablemente nos encontremos con este tipo de iluminación. Las actuales lámparas de halogenuros metálicos son compactas, eficientes, de alta salida de luz y relativamente poca generación de calor. En cine y TV resultan especialmente útiles en exteriores para rellenar sombras así como para iluminar interiores con luz día, dada su temperatura de color de 5600K. Al ser la lámpara HMI una fuente bastante compacta, su luz produce sombras bien definidas. En términos generales proporciona entre tres y cinco veces la salida de luz de una halógena de tungsteno/cuarzo de equivalente potencia. Así, las unidades modernas HMI de 200 vatios pueden llegar a generar una salida similar a un kilovatio de luz de cuarzo, 1250 vatios en HMI podrían llegar a equivaler a seis kilovatios de luz de cuarzo. El calor producido se Lo más pequeño de Mole reducirá sin embargo en un 80%; por tanto, el gasto de energía eléctrica Richardson: Solarspot HMI y aire acondicionado sólo será el 20 % del producido por las lámparas de 200w. Peso: 2,2k (sin halógenas de tungsteno de similar cantidad de vatios.
cable), $1.700 (sin incluir lámpara, cables ni balasto).
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Existen más de 50 lámparas tipo HMI para cine y TV que se fabrican en forma de simple bombilla, lineal (tubular), y de haz sellado (lámpara PAR) y se usan en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo la iluminación de áreas, proyectores de patrones metálicos luminosos, focos elipsoidales, focos de seguimiento, etc. Existen versiones portátiles de 75 vatios operadas por baterías ligeras y equipadas con reflector, de bajo consumo y alto rendimiento.
Lo más grande de Arri: Daylight 12/18kw. Peso: 65k. $14.000 (sin incluir lámpara, cables ni balasto).
El balasto (ballast) puede ser de los tipos conocidos como magnético (coil and core, o sea, bobinado alrededor de un núcleo de hierro) o electrónico. Los balastos, tanto electrónicos como magnéticos, están diseñados para enviar la potencia eléctrica a la lámpara bajo regulación constante, contrarrestando además las variaciones en el voltaje del abastecimiento principal pues la lámpara permanecerá encendida siempre que el voltaje entrante esté entre 90-125v ó 180-250v.
La gran ventaja de los balastos electrónicos es que carecen de parpadeo (flicker free) y la mayoría lleva incorporado un atenuador (dimmer) para regular la intensidad de la lámpara dentro de un cierto margen, normalmente de 30 a 50% del valor máximo de salida de luz, aunque en los primeros modelos dicha regulación implicaba un cambio en el espectro colorimétrico resultante. El balasto de las lámparas de halogenuros metálicos tiene un cebador de alto voltaje, que produce, dependiendo de las unidades, hasta 60 mil voltios entre los electrodos en el momento del arranque. Una unidad limitadora evita un exceso de paso de corriente una vez que se ha encendido el arco, regulándolo mientras sigue encendido y controlando las pequeñas variaciones que puedan surgir en el voltaje de la red de suministro. Como el arco HMI requiere un voltaje de trabajo de unos 200 voltios, los países que Tres unidades Arri de 18kw listas para ser alzadas usan suministro de energía de corriente alterna más por la grúa. Al fondo el generador eléctrico. baja (el caso de Centroamérica), incluyen un transformador de instalación dentro de la unidad limitadora. Las pérdidas de energía debidas a la unidad de cebado y limitación (balasto) pueden variar entre el 1% y 1,5% de los vatios estimados de la lámpara, y esto modifica el rendimiento de las unidades (85-108 lúmenes por vatio absoluto). Los balastos magnéticos producen unas fluctuaciones rítmicas del voltaje y por tanto un brillo variable con la frecuencia de suministro, y a menos que la cámara de cine esté sincronizada con estos cambios, las imágenes resultantes revelarán un parpadeo estroboscópico. Estos problemas son mucho menos obvios en los sistemas de televisión y vídeo. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 5 de 34
HMI - LÁMPARAS DE HALO GENUROS METÁLICO S HMI. Marca registrada por Osram.
Descarga
Oscar técnico en 1983 por lámparas de xenón
Arco de corriente alterna en ampolla de cuarzo a alta presión
Aparición HMI: 1969. A pedido de la TV alemana. Primer uso intensivo: Olimpiadas de Munich, (26 de agosto a 11 de septiembre de 1972). > H - Hidrargyrum (mercurio en latín, el princip al elemento lumínico de la lámpara). M - Medium arc-length (arcos de longitud media) I - Iodine (los componentes halógenos, yodo y bromo, cumplen la misma funci ón que en una lámpara halógena: asegu rar que los metales de tierras raras permanezcan concentrados en la zona caliente del arco. >
Con haluros metálicos Alto rendimiento (hasta 108 lúmenes/vatio. Espectro discontinuo pero alto IRC. Próximos a luz día (no CTB) Potencias escalonadas: desde 15w a 100kw Emiten menos calor que incandescencia
No hay dos HMI iguales en el mundo
Un bulbo nuevo puede produc ir una temperatura de color superior a los 10.000K. Tras un period o inicial , el color se estabil iza entre 6.000 y 5600K. > A medida que el bulbo envejece, la longi tud del arco aument a (los electrodos se van q uemando) è mayor volt aje (ºK ê) para mantener el arco encendido. A mayor volt aje hay una caída en la temperatura de color a un ratio aproximado de un grado kelvin por hora de uso. >
Con unidades HMI se evitan filtros (CTO en las ventanas; CTB en las luces de tungsteno) >
Las lámparas HMI con alto número de horas de uso son imposibles de encender: requieren un voltaje de arranque superior al que el balasto puede generar.
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Muchas producciones pueden filmarse íntegramente con unidades HMI.
Si el suministro de voltaje de una lámpara de metal-haluro se reduce, o la temperatura en su entorno cae en exceso, serán menos las partículas de metal-haluro que se ionicen y la temperatura de color de la luz emitida se elevará, resultará más azulada. En tales condiciones, el "efecto relleno" de las tierras raras disminuye y el espectro se hace más estrecho revelando picos muy pronunciados. Por debajo de cierto voltaje, el arco se debilita. Por el contrario, si el voltaje de suministro subiera por encima de lo normal, o la temperatura ambiente fuera alta, la temperatura de color caería (luz más amarillenta), los electrodos se desgastarían excesivamente, el parpadeo se haría más frecuente y la vida de la lámpara se acortaría.
Cuando el arco se apaga deliberadamente o por accidente, algunos equipos HMI permiten un nuevo arranque en caliente e instantáneo, tardando hasta 45 segundos para alcanzar un rendimiento completo. El re arranque puede requerir un impulso de encendido de hasta 60.000 voltios. Otras unidades, sin embargo, necesitan un período de enfriamiento de 10-15 minutos. Las lámparas HMI acusan el paso de las horas. En cine profesional se tiene en cuenta que las lámparas HMI pierden aproximadamente un grado kelvin por cada hora de uso. Un bulbo nuevo puede producir, en sus primeras horas, una temperatura de color superior a los 10.000K. Tras este periodo inicial, el color se estabiliza entre 6.000 y 5600K. Pero a medida que el bulbo envejece, la longitud del arco crece puesto que los electrodos del arco se van quemando y reduciendo en tamaño. Esto supone mayor voltaje para mantener el arco encendido, y a mayor voltaje hay una caída en la temperatura de color. En la práctica, llega un momento en que las lámparas con alto número de horas son imposibles de encender puesto que el hueco entre los electrodos se ha ensanchado con el uso y para producir la chispa entre los electrodos, ahora más distantes, se requiere un voltaje de arranque superior al que el balasto puede generar.
Luz de cámara HMI de 18 vatios (Mini Sun Gun) fabricada por Frezzolini. Emite tanta luz como una lámpara de incandescencia de 75w. El balasto está interconstruido en la unidad
También se suele decir, y es absolutamente cierto, que no hay dos HMI iguales en el mundo pues, bien sea por la potencia lumínica de salida, bien por la temperatura de color, siempre habrá alguna disimilitud entre ellos. Por eso, una de las pruebas que algunos directores de fotografía hacemos antes de empezar un trabajo es colocar en fila y encender todos los HMI que vamos a utilizar, medir su salida y corregir (igualar) su calidad de luz. Siempre hay algunos de ellos que no superan la prueba. Las primitivas lámparas de halogenuros metálicos y actualmente las de alto vataje, disponen de conectores a ambos lados y deben ser utilizadas sólo en posición horizontal. Las lámparas de conectores a un sólo lado, en cambio, pueden colocarse en cualquier posición, y acoplarse en reflectores parabólicos, lo que aumenta su eficiencia. Son más compactas y pueden ubicarse en unidades más pequeñas. Estas lámparas de conectores a un solo lado supusieron un notable avance que permitió la fabricación de unidades de menor tamaño así como de las pequeñas y muy eficientes unidades portátiles. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 7 de 34
Las unidades HMI más lentas pueden tardar hasta seis minutos en encender, si bien a los cuatro minutos los diferentes parámetros ya están a menos del 10% de sus valores nominales de trabajo. Durante el calentamiento, los yoduros metálicos entran en la corriente del arco y éste cambia su forma, siendo normales algunas variaciones en la colorimetría de la luz de salida que, durante este periodo suele tornarse verde.
BALASTOS MAGNÉTICO
Coil and core, o sea, bobinado alrededor de un núcleo de hierro.
Producen fluctuaciones rítmicas del voltaje. Brillo variable con la frecuencia de suministro. > ELECTRÓNICO Envían la potencia eléctrica a la lámpara bajo constante regulación (contrarrestan las variaciones en el voltaje del abastecimiento principal). La lámpara permanecerá encendida siempre que el voltaje entrante esté entre 90-125v ó 180-250v. Carecen de parpadeo (Flicker free)
Incorporan un atenuador (dimmer) para regular la intensidad de la El encendido y apagado rápido es lámpara (normalmente de 30 a 50%). una de las cosas que más afecta a Corriente de arranque: entre 20 y 50 mil voltios la vida de la lámpara; los fabricantes recomiendan encendidos de 60 Tiempo de arranque: hasta 6 minutos (a los 4 están a menos del minutos y apagados de 15 para las 10% de sus valores nominales de trabajo). Verde è azul. lámparas HMI, HMP y HTI mientras que para las HSR y HSD los ciclos de trabajo son de 30 minutos apagadas por cada 180 minutos encendidas. Lo que más afecta a la vida de la lámpara es el apagado durante el proceso de encendido, esto es, apagar la lámpara antes de que haya alcanzado la luz de trabajo.
El parpadeo en la unidades HMI Las lámparas HMI presentan un problema inherente a su forma de producir luz: el parpadeo. Una lámpara HMI, igual que una lámpara incandescente, funciona con corriente alterna de 120 voltios y 60 herzios (en el caso de Centroamérica) lo que significa que en un segundo habrá 60 pulsos de encendido y otros tantos de apagado: el voltaje parte de cero, alcanza el valor máximo, vuelve a cero, se hace negativo (valor máximo de corriente eléctrica pero con los electrones moviéndose en sentido inverso a través de los conductores) y vuelve a tomar valor cero. Es decir, hay dos pasos por el valor cero y dos máximos (inversos). Para una frecuencia de red de 60 hercios habrá 120 picos de luz por segundo, 60 positivos y 60 negativos. Las lámparas de tungsteno, aunque sufren igual ciclo, carecen de este problema debido a la naturaleza de su funcionamiento: aunque la corriente oscile cíclicamente, el filamento no tiene tiempo suficiente para enfriarse entre dos ciclos (tiene alta inercia) y puesto que la luz emitida es función de la temperatura que el filamento alcanza, no hay huecos perceptibles entre ciclos y la luz resulta “continua” tanto para el ojo como para cualquier cámara. En otras palabras, la lámpara incandescente no tiene tiempo de enfriarse cuando ya está calentándose de nuevo, y al no enfriarse sigue emitiendo luz. Así, las lámparas incandescentes carecen de parpadeo. Igualmente el arco de carbón, puesto que trabaja con corriente continua. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 8 de 34
Enorme balasto magnético (coil & core) fabricado por LTM para luminarias de 12/18kw. Peso: 130 kilogramos
Ahora bien, si la lámpara en cuestión tiene poca inercia, caso de las lámparas de descarga de gas en general y las HMI en particular, se notará este ir y venir de la intensidad puesto que el arco que genera la luz tiene las mismas oscilaciones de la corriente que lo alimenta y muy baja inercia, se trata de una “nube de gas” capaz de enfriarse con rapidez, lo que se traduce en un parpadeo que el ojo humano no detecta pero sí las cámaras cinematográficas y electrónicas.
PARPADEO EN UNIDADES HMI En la corriente alterna el valor de la tensión cambia de un instante del tiempo a otro. En un momento dado la tensión tiene un valor cero, luego comienza a crecer hasta llegar a un máximo, en ese momento comienza a decrecer hasta llegar a cero. Cuando llega a cero vemos que la tensión se hace negativa. Que la tensión sea negativa, implica un cambio de polaridad de la tensión, es decir el polo positivo pasa ser negativo y viceversa.
La fuente de luz produce 120 PARPADEO EN UNIDADES HMI picos por segundo en nuestra zona geográfica (60 positivos y En un segundo hay dos pasos por el valor cero y dos máximos 60 negativos). Si la velocidad (inversos). Para una frecuencia de red de 60 hercios habrá 120 de la cámara no está ajustada picos de luz por segundo, 60 positivos y 60 negativos. > a la variación de la luz, algunos Incandescencia: no tienen tiempo de enfriarse (alta inercia). No fotogramas serán expuestos parpadeo. > coincidiendo con los picos de Arco de carbón: corriente continua. No parpadeo. > luz, otros coincidiendo con los puntos de valor cero luz y Descarga: “nube de gas” con las mismas oscilaciones de la corriente. Baja inercia è parpadeo. otros en puntos intermedios; así habrá alternativamente fotogramas iluminados y fotogramas oscuros. En eso consiste el parpadeo. Hay, decíamos antes, dos tipos de balastos para las unidades HMI unidades: los magnéticos y los electrónicos (también llamados de onda cuadrada). Los magnéticos son más voluminosos y pesados aunque más sencillos y baratos. Esos balastos transmiten las oscilaciones de la corriente a la lámpara y por tanto existe el riesgo de parpadeo. La solución al parpadeo con estos balastos exige un triple requerimiento: · · ·
Que la cámara esté equipada con motor de cuarzo cristal. Que corra a una velocidad divisor del doble la frecuencia (es decir, submúltiplo de ella). Que el voltaje de la red de suministro oscile exactamente a 60 o 50 herzios por segundo.
Balasto electrónico Arri para HMI de 6.000w. $10.175
Si algunos de estos tres requerimientos no se cumple, en la imagen final aparecerá el temido parpadeo, muy serio problema pues carece de arreglo cualquiera que sea el software de postproducción que se emplee. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 9 de 34
Velocidad segura: divisor del doble de la frecuencia La tabla expresa las velocidades seguras de cámara con independencia del ángulo del obturador, si nuestra unidad HMI está equipada con un balasto magnético. Para estar seguros de evitar el parpadeo con balastos magnéticos (o, en general, con cualquier tipo de balasto) en cualquier circunstancia y con cualquier ángulo de obturación, utilícese la cámara en las velocidades en imágenes por segundo que muestra la tabla, ejemplos de velocidad divisor exacto del doble de la frecuencia de la corriente alterna. En Costa Rica la corriente de red oscila con una frecuencia de 60 herzios; por tanto, cualquier número que divida exactamente a 120 (el doble de la frecuencia) representa una velocidad de cámara segura. De estas tablas resultan velocidades exactas, es decir, solo aplicables a cámaras con motor cuarzo cristal capaces de desarrollarlas con exactitud absoluta <6>
VELOCIDAD SEGURA: divisor del doble de la frecuencia Frecuencia de la corriente en CR: 60Hz (ciclos por segundo). > 2 x 60 = 120 Regla (para zonas de 60HZ): cualquier velocidad (imágenes por segundo) que divida exactamente a 120, es una velocidad segura (sin parpadeo). >
VELOCIDADES LIBRES DE PARPADEO 60 herzios 50 herzios (América Central) 1 i.p.s. 2 i.p.s. 4 i.p.s. 5 i.p.s. (120/5 = 24) 6 i.p.s. (120/6 = 20) 8 i.p.s. (120/8 = 15) 10 i.p.s. 12 i.p.s. (120/12 =10) 15 i.p.s. (120/15 = 8) 20 i.p.s. (120/20 = 6) 24 i.p.s. (120/24 = 5) 30 i.p.s. (120/30 = 4) 40 i.p.s. (120/40 = 3) 60 i.p.s. (120/60 = 2) 120 i.p.s.
Frecuencia de la corriente en Europa: 50Hz (ciclos por segundo). 2 x 50 = 100 Regla (para zonas de 50HZ): cualquier velocidad (imágenes por segundo) que divida exactamente a 100, es una velocidad segura (sin parpadeo
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(Europa) 1 i.p.s. 2 i.p.s. 4 i.p.s. 5 i.p.s. (100/5 = 20)
10 i.p.s. (100/10 = 10) 12,5 i.p.s (100/12,5 = 8) 16,666 i.p.s. (100/16,666 = 6) 20 i.p.s. (100/20 = 5) 25 i.p.s. (100/25 = 4) 33,333 i.p.s. (100/33,333 = 3) 50 i.p.s. (100/50 = 2) 100 i.p.s.
Balastos sin parpadeo (flicker free)
Son considerablemente más complejos y costosos que los magnéticos pero, también menos pesados pues carecen del voluminoso bobinado de hierro. Este tipo de balastos transforma la corriente alterna en continua, y esta continua es transformada de nuevo a alterna, pero a una frecuencia muy por encima de las habituales, o bien, recurre a la llamada “onda cuadrada” que evita por completo los periodos sin luz. Están equipados, además, de un sistema de control interno que ajusta la temperatura de color y la salida de luz, compensando ambos parámetros a medida que la lámpara va envejeciendo. Los balastos de onda cuadrada (los más extendidos) hacen que los ciclos de encendido y apagado se sucedan de forma instantánea y, además, las porciones negativas de los ciclos se combinan entre sí para producir una línea de salida de luz plana, sin valles negativos, lo que asegura imágenes sin parpadeo hasta una velocidad de 10.000 i.p.s. Este trabajo de “limado” de la onda para que resulte cuadrada origina un cierto ruido, audible en rodaje, y localizado en el propio bulbo HMI cuya forma física lo convierte en una especie de caja de resonancia que multiplica los problemas acústicos en rodaje. Para corregir esta anomalía, muchos balastos electrónicos disponen de un “modo silencioso” que, por así decirlo, liman las esquinas de la forma de onda para permitir una transición más suave de altas a bajas frecuencias. Pero es vital ser conscientes de que los balastos electrónicos en modo silencioso dejan de ser “flicker free” y, obviamente, para evitar el parpadeo hay que recurrir a las tablas anteriores de velocidad segura. Normalmente, al conmutar el balasto en modo silencioso, emite automáticamente luz que no produce parpadeo si la cámara rueda a las habituales 24 i.p.s. En razón al ruido emitido, en muchas circunstancias se prefiere alejar el balasto del decorado de rodaje, para lo cual resultan útiles los largos cables de prolongación de la línea balasto-luminaria con los que vienen equipados habitualmente estos aparatos. Este es, además del precio, el más serio inconveniente de los balastos electrónicos: el ruido que producen.
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Normas de seguridad para unidades HMI Las unidades HMI están selladas para evitar que se difunda la radiación ultravioleta que estas emiten en cantidades importantes, sobre todo durante sus primeras horas de vida. Las luminarias HMI con lente fresnel incorporan un filtro dicroico ultravioleta en la propia lente que, cuando es abierta, acciona un interruptor que desconecta la unidad de forma automática para evitar la dispersión del dañino ultravioleta. Las luminarias sin lente fresnel ubican el dicroico de interferencia en la ampolla de la lámpara o en una ampolla externa. Si no existiera esta Filtro de interferencia (dicroico) ultravioleta. protección, los miembros del equipo y sobre todo los actores Carece de efectos perceptibles sobre los colores del espectro visible. comenzarían a sufrir conjuntivitis, y la radiación podría alcanzar a la película o al sensor electrónico originando NORMAS DE SEGURIDAD PARA UNIDADES HMI sobreexposición. El arranque de las unidades HMI exige importantes voltajes (hasta 60.000 voltios). Por ello es siempre recomendable arrancarlas desde el balasto ya que, en caso de deterioro del cableado o de alto envejecimiento de la lámpara, esta podría explotar (aunque no es tan fuerte como la originada por las lámparas de xenón). En todas las unidades HMI el riesgo de explosión aumenta con el número de horas de uso de la lámpara. Por ello, no es recomendable utilizar la lámpara más allá de la vida media que el fabricante declara, consejo que, como es natural en esta área de cine pobre, nadie sigue debido al alto precio de las lámparas de reposición. Otra situación de riesgo de explosión se da cuando la lámpara es sometida a un fuerte estrés, con encendidos y apagados muy frecuentes, por ejemplo. En todos los casos, el riesgo de explosión es más alto durante los primeros cinco minutos después de encendida la lámpara.
El arranque de los HMI exige importantes voltajes (entre 20.000 y 60.000 v oltios). Es siempre recomendable arrancarlas desde el balasto: en caso de deterioro del cableado o de alto envejecimiento de la lámpara, esta podría explotar (aunque la explosión no es tan fuerte como en las lámparas de xenón). > Riesgo de explosión - Aumenta con el número de horas de uso de la lámpara è no es recomendable utilizar la lámpara más allá de la vida media que el fabricante declara. - Encendidos y apagados muy frecuentes (fuerte estrés de la lámpara) - Más alto durante los primeros cinco minutos de encendida la lámpara
HMI - LÁMPARAS DE HALOGENUROS METÁLICOS Similares a la de las de vapor de mercurio. Además de mercurio, halogenuros de tierras raras (disprosio, talio, indio, holmio o tulio) * mayores rendimientos luminosos. * mejor reproducción cromática. > Sobre el espectro básico de descarga del mercurio - discontinuo y enfático en los verdes y azules - se superpone el espectro aportado por los halogenuros de tierras raras.
Philips HMI 1.250 vatios, 750 horas, 5600K, $179.
Entre ambos: distribución espectral casi continua y muy próxima a la luz día. En todos los HMI para iluminación de cine y TV el IRC es superior a 90.
HMI 1200w Osram Sylvania. 200 horas, 6000K, $183 HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 12 de 34
La mayoría de las luminarias (lamp head) HMI tienen un diseño más robusto y un espacio interior mayor que sus equivalentes en halógeno para minimizar las consecuencias de cualquier explosión del bulbo. Así mismo, las lentes fresnel suelen estar cubiertas por una malla de metal que impide, en caso de deflagración, la proyección de fragmentos de cristal.
NORMAS DE SEGURIDAD PARA UNIDADES HMI Las unidades HMI están selladas para evitar que se difunda la radiación ultravioleta que emiten en cantidades importantes, sobre todo durante sus primeras 250 horas de vida. Las luminarias HMI con lente fresnel incorporan un filtro dicroico ultravioleta en la propia lente è cuando es abierta, acciona un interruptor que desconecta la unidad de forma automática para evitar la dispersión del ultravioleta (muy dañino – Kliegl eyes)
Filtro dicroico ultravioleta. Carece de efectos perceptibles sobre los colores del espectro visible.
Al igual que con las lámparas de tungstenohalógeno-cuarzo, los bulbos no deben ser tocados con los dedos pues la grasa que desprende la piel humana, aunque sea en mínimas proporciones, producirá con el paso de las horas de uso un punto débil sobre el propio bulbo, que restringirá la fortaleza del cuarzo.
Mont aje espectacul ar, de Musco Light , que agrupa en el extremo de una gran grúa, 15 unidades HMI de 6kw (un total de 90kw), con g enerador autóno mo inco rporado en l a prop ia unidad.
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Softsun
Softsun de 100 kilovatios
Son los proyectores para iluminación en cine y TV más potentes por el momento y se ofrecen en potencias de 10, 25, 50 y 100 kilovatios. Su lámpara tipo HMI, larga y estrecha, y el reflector lineal producen una fuente de luz relativamente suave y muy potente. Incorporan un atenuador (dimmer) de rango muy amplio (hasta un 97% aproximadamente) con una pequeña pérdida de temperatura de color (unos 100K de caída máxima). Carecen de parpadeo. No requieren tiempo de calentamiento como las luces HMI estándar, tan solo un minuto de reinicio cuando están calientes. También a diferencia del resto de las lámparas HMI, su temperatura de color (5400K) y el CRI (<96) no varían con el aumento de las horas de uso Son proyectores muy grandes y pesados (145 kilos el de 100kw). Requieren un camión individual para su transporte, deben instalarse en una grúa (no es posible elevarlos desde trípodes – requieren al menos tres –) y hay que alimentarlos desde una planta eléctrica individual con una línea trifásica de 380 voltios. Obviamente su alquiler es muy caro.
Softsun de 50 kw HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 14 de 34
Lámparas de halogenuros metálicos para iluminación profesional Intensidad Luminosa Temperatura de color Índice de reproducción cromática Distribución espectral de la energía Vida media Eficiencia
Alta 5600K Alta (>90) Espectro discontinuo (aunque completo) En ningún caso mayor de 1.000 horas Alta: 85 a 108 lúmenes por vatio
Ventajas Muy potentes. Alta eficiencia. Relativamente baja emisión de calor (sobre todo en comparación con la incandescencia) Luz día sin necesidad de filtros Atenuables (hasta un 30% con balastos electrónicos) Fuente de luz muy compacta (posibilidad de crear sombras definidas)
Inconvenientes Alto coste Volumen y peso del balasto Parpadeo Emisiones de UV Ruido Arranque no instantáneo Cambios en la temperatura ambiente o en el voltaje modifican la temperatura de color Pierden aproximadamente 1K por cada hora de uso No existen dos HMI que emitan exactamente la misma luz Vida de la lámpara muy sensible a apagados y encendidos rápidos Exigen manipulación muy cuidadosa (riesgo de explosión)
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<1> Osram, uno de los tres mayores fabricantes de lámparas del mundo, nació hace poco más de cien años: el 17 de abril de 1906, día en que se inscribió la marca Osram en el Directorio de Patentes de la Oficina Imperial de Patentes de Berlín. El nombre proviene de los dos materiales utilizados por aquel entonces para hacer filamentos: Osmio y Wolframio (más conocido actualmente como tungsteno). En 1919 se creó el mundialmente famoso logo con la bombilla.
Osram, con sede central en Munich, tiene hoy presencia en 19 países con 49 fábricas y 38.000 empleados. Su facturación actual asciende a 4.000 millones de euros, más del cinco por ciento de los cuales son invertidos cada año en investigación y desarrollo, con especial atención en estos momentos a las fuentes de luz de semiconductores opto electrónicos así como los diodos luminosos (LED).
En el año 1925, la empresa sacó al mercado la Bilux, una innovadora lámpara para faros de automóvil en la que las luces de cruce y de carretera procedían de una misma lámpara. En iluminación cinematográfica, Osram lanzó la lámpara de xenón XBO en el año 1954, que fue premiada con un Oscar en 1983, invención que hoy se sigue utilizando para proyectores cinematográficos e iluminación de efecto. Con la introducción en el mercado de la DULUX El en 1985, Osram se convierte en pionera de lámparas de ahorro de energía para el hogar. Osram fue también el primer fabricante que integró el equipo de conexión electrónico (ECE) en el casquillo de una lámpara ahorradora de energía. También propone innovadoras lámparas halógenas, como la Osram Ministar, la lámpara halógena reflectora más pequeña del mundo, lanzada en 2004, que ofrece luz para espacios muy reducidos. <2> Philips produjo una variante de la lámpara HMI denominada
MSR (Medium Source Rare-Earth). Otros fabricantes han explorado también esta tecnología ofreciendo sus propias variantes, es el caso de las lámparas GEMI (General Electric Metal Iodide), CID
(Compact Indium Discharge; Thorne, UK), CSI (Compact Source Iodine; Thorne, UK), DAYMAX (fabricado por ICL), y el BRITE ARC (Sylvania). Se trata en realidad de diferentes nombres para un mismo concepto.
<3> Un montaje muy espectacular, de Musco Light, agrupa en el extremo de una gran grúa, 15 unidades HMI de 6kw (un total de 90kw, con generador autónomo incorporado en la propia unidad). <4> A pesar de la dureza de la luz que proporcionan los proyectores con lente fresnel o los equipados con lámparas PAR, si queremos una fuente de luz más puntual (para sombras muy recortadas) es recomendable utilizar proyectores sin reflector (como el Bug-Lite sin
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accesorios) o con reflector negro (como los Goya). El efecto opuesto (expansión de la fuente de luz mediante una gran superficie difusora o reflectora), puede conseguirse con difusores o con paneles reflectores convencionales, o de una forma compacta en el mismo proyector por medio de los difusores Chimera, variantes de las linternas chinas de papel, las Space Lights (camisas difusoras cilíndricas con una o más lámparas halógenas en su interior) y, a otra escala, los globos de helio o aire (esféricos o cilíndricos) para los dos tipos estándar de fuentes de luz (HMI o incandescencia).
SOFTSUN
Softsun de 100 kilovatios Su lámpara larga y estrecha, y el reflector lineal pro ducen una fuent e de luz grande y muy potente.
Los HMI más potentes (por el momento.
Incor poran un atenuador (dimmer) de rango muy amplio (hasta un 97% aproximadamente) con una pequeña pérdida de temperatura de color (unos 100K de caí da máxi ma).
Potencias: 10, 15, 25, 50 y 100 kilovatios. >
Carecen de p arpadeo. No requieren t iempo d e calentamiento como las luces H MI
Otra variante de las lámparas HMI, la estándar, tan solo un minuto de reinicio cuando es tán calientes. CTI de 400w o más, acostumbra equipar los proyectores móviles (por espejo) o los robotizados - como los Vari*Lite, Icon, Studio Color, etc.-, utilizados en conciertos y espectáculos, en vivo o en televisión. Los TeleScans, proyectores programables para el espectáculo, con espejo móvil y que permiten incorporar gobos (patrones metálicos) fijos o giratorios, llevan una lámpara HMI de 2,5kw. Los proyectores de recorte, equipados con doble lente convergente que permiten dibujar el círculo del haz de luz, se utilizan para emitir luz directa sobre áreas muy delimitadas (especialmente en teatro y en platós de televisión, donde los recortes con accesorios resultarían muy incómodos) o para proyectar gobos; estos proyectores recortables, llamados también cañones, suelen utilizar lámparas halógenas (de hasta 2000w), pero también pueden venir equipados para lámparas HMI (de hasta 2,5kw). Los grandes cañones de seguimiento (Follow Spot) que en un espectáculo o en un show televisivo permiten iluminar con un potente haz de luz móvil las evoluciones de los actuantes, y los cañones móviles de efecto o SkyTrackers (Britelights, Space Cannon, etc.), habitualmente vienen equipados con lámparas de xenón; éstas no contienen las mismas tierras raras que en la ampolla de cuarzo de las lámparas HMI que corrigen el color del arco para imitar en lo posible la temperatura de color de las radiaciones de la luz día. Con un proyector especialmente adaptado, la luz de una lámpara HMI de potencia baja o mediana puede ser canalizada a través de un distribuidor de fibra óptica que derive el haz hacia diferentes terminales más o menos gruesos, muy útiles en la iluminación de maquetas, bodegones y forillos nocturnos. <5> Existen cuatro tipos genéricos de lámparas de halogenuros metálicos: · · · ·
De sodio, talio e indio. Alto rendimiento luminoso (90lm/vatio) y bajo IRC (no mayor de 65). No aptas para iluminación fotográfica, pero una buena alternativa para alumbrado. De sodio y escandio. IRC entre 80 y 85; eficiencia luminosa: 80lm/vatio. De disprosio y talio con un rendimiento cromático de 85 y 75m/vatio. De talio y otros, con un IRC de 80 a 95, las habituales en iluminación profesional para cine y TV.
<6> Existen velocidades intermedias que requieren el uso de motores de cuarzo cristal de alta precisión con indicadores de velocidad de cuatro dígitos. Son de uso frecuente en cine profesional. Para 60Hz, el total de velocidades seguras es: 1 – 1,5 – 1,875 – 2 – 2,5 – 3 – 3,75 – 4 – 4,8 – 5 – 5,217 – 5,454 – 5,714 – 6 – 6,315 – 6,666 – 7,508 – 7,5 – 8 – 8,571 – 9,231 – 10 – 10,909 – 12 – 13,333 – 15 – 17,143 – 20 – 24 – 30 – 40 – 60 – 120. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 17 de 34
LÁMPARAS DE XENÓN El xenón (Xe) es uno de los llamados gases nobles <7>; es incoloro, inodoro e insípido. Se encuentran trazas de xenón en minerales y meteoritos, pero la fuente práctica de obtención del xenón es el aire en el cual aparece en una parte por cada veinte millones. Al ser un componente del aire atmosférico, no es tóxico. Industrialmente se obtiene por extracción de los residuos del aire licuado. La compañía alemana Osram puso en el mercado la primera lámpara de xenón en 1954. Años después, en 1983, fue premiada con un Oscar y hoy se sigue utilizando para proyectores cinematográficos e iluminación de efecto.
Xenopro de Fisher Light. Disponible en 1, 2, 4, 7, y 10kw, todos con refrigeración por aire forzado. Se puede atenuar (dimmer) hasta un 40%. El modelo de 10kw produce 80 millones de bujías/pié (casi 7,5 millones de lux) a 15 metros de distancia. Pesa 150k. Debajo su distribución espectral comparada con la de las lámparas de vapor de mercurio.
Se trata de lámparas de arco voltaico cuya descarga se realiza en el interior de un tubo relleno de xenón puro a alta presión. Con relación a los HMI (que básicamente son un arco de gas controlado por un balasto), los aparatos con lámpara de xenón se diferencian por tener un reflector parabólico Lámpara de xenón Osram XBO pulido que da como de 7000 vatios, la más potente resultado un haz colimado fabricada por la casa alemana. como el láser<8>. Se Precio (2007): $3.520 denomina luz colimada a aquella cuyos rayos son paralelos entre sí, lo que se puede lograr de diferentes formas, siendo la más sencilla, como ocurre en los aparatos de iluminación de xenón, hacerla incidir en un espejo cóncavo desde una fuente situada en el foco. Se suele decir que la luz colimada está enfocada en el infinito. La luz de las estrellas, incluido el Sol, puede considerarse colimada (para casi cualquier propósito) debido a que están a distancias muy grandes.
Los proyectores de xenón tienen mayor rendimiento en lúmenes por vatio que cualquier otra luz existente; el secreto está, por supuesto, en su luz concentrada, colimada. Normalmente están disponibles en potencias de 1kw, 2kw, 4kw, 7kw y 10kw. También existe una unidad portátil (antorcha) de 75 vatios. El de 1kw y el de 2kw se pueden conectar a un tomacorriente de red. En todos los casos se trata de aparatos que producen un haz de luz estrecho y de gran alcance. Admiten atenuación (dimmer) hasta un 40% aproximadamente. El 4kw, 7kw y 10kw son extremadamente potentes, y deben usarse con precaución. En haz completamente cerrado (spot) pueden quebrar en segundos el vidrio de una ventana. Un ejemplo de
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su potencia: con ISO 320 y en posición de haz cerrado (spot), un 4kw proporciona un diafragma de f/64 a 13 metros del proyector, midiendo en luz incidente. Una cantidad realmente enorme de luz. Las lámparas de xenón no cambian su temperatura de color (siempre de unos 6000K) con el uso o las fluctuaciones de voltaje aunque sufren una considerable depreciación del flujo con la edad. Su CRI es excelente: 95. Necesitan un balasto, que generalmente está interconstruido en el propio proyector, pues trabajan en corriente continua. El encendido es muy rápido (segundos) y admiten el reencendido en caliente. Ya que la lámpara de xenón trabaja solo con corriente continua, no existe el problema del parpadeo. Pueden usarse para filmación a alta velocidad hasta de 10.000ips. Sin embargo, el xenón tiene tres serias desventajas. Primero, su alquiler resulta muy caro. Segundo, la lámpara necesita un ventilador de refrigeración que hace muy difícil filmar con sonido. También, por el diseño del reflector y la ubicación de la lámpara, hay siempre un “hueco de luz” justo en el centro del haz, que puede disimularse pero nunca eliminarse completamente. Su vida media no supera en ningún caso las 1.200 horas. Las de mayor potencia solo alcanzan las 500.
Lámparas de xenón para proyección cinematográfica. Debajo, objetivos de proyección
Lámpara de proyección de xenón (15kw) del sistema IMAX Dome y su reflector. Es refrigerada por agua. Precio: $6.000
Otro de los problemas adicionales es que, a causa del reflector parabólico, el recorte es difícil cerca de la luz. La bandera produce sombras simétricas llamativas. También su rendimiento, muy alto y concentrado, provoca que las gelatinas se quemen en instantes. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 19 de 34
LÁMPARAS DE XENÓN
El xenón produce luz en un espectro discontinuo pero mucho más equilibrado (mejor repartido) que el de vapor de mercurio. Sin parpadeo (alimentación de corriente continua). No emite ultravioleta en cantidades dañinas.
Tienen mayor rendimiento en lúmenes por vatio que cualquier otra luz existente. Razón: haz colimado (estrecho y de largo alcance). > No cambian su temperatura de color (siempre de unos 6000K) con la edad o las fluctuaciones de voltaje. Sufren una considerable depreciación del flujo con la edad. CRI excelente: 95
Lámpara de xenón Osram XBO de 7000 vatios, la más potente fabricada por la casa alemana. Precio (2007) $3.520
Necesitan un balasto, que generalmente está interconstruido en el propio proyector, pues trabajan en corriente continua. El encendido es muy rápido (segundos) y admiten el reencendido en caliente.
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Lámparas de xenón para iluminación profesional Intensidad Luminosa Temperatura de color Índice de reproducción cromática Distribución espectral de la energía Vida media Eficiencia
Muy alta ~6000K Excelente (95) Espectro discontinuo aunque bien equilibrado En ningún caso mayor de 1.000 horas Muy alta
Ventajas Extremadamente potentes Alta eficiencia Luz de 6000K. Sin exceso de ultravioleta Atenuables (dimmer) hasta un 40% Sin parpadeo (corriente continua) Balastro interconstruido Arranque instantáneo. Posibilidad de rearranque en caliente. No varían su temperatura de color con la edad o las fluctuaciones de voltaje
Inconvenientes Muy alto coste de compra o alquiler Ruido (ventilación por aire forzado) Alta depreciación del flujo (~50% hacia el final de su vida media) “Hueco de luz” en el centro del haz Imposibilidad de cortar la luz cerca del proyector El calor del haz no permite el uso de gelatinas Exigen manipulación muy cuidadosa (riesgo alto de explosión) <7> El xenón (que en griego significa “extraño”) fue descubierto por William Ramsay y Morris Travers en 1898, en los residuos obtenidos al evaporar los componentes del aire líquido. El xenón es un miembro de los elementos de valencia cero llamados gases nobles o inertes. La palabra “inerte” ya no se usa para describir esta serie química, dado que algunos elementos de valencia cero forman compuestos, es decir, ya no son tan “inertes”. Es un gas atmosférico raro pero como tal gas atmosférico, no es tóxico. El xenón también se utiliza en fotografía fija para llenar cierto tipo de lámparas de destello. Estos flashes producen luz con un buen equilibrio de todos los colores del espectro visible y tienen una alta vida media, en términos generales, de unos 10.000 disparos.
Símbolo electrónico de la
lámpara de descarga por gas de xenón tipo flash. Tiene tres terminales. Uno es el positivo de la lámpara, marcado en la ampolla de vidrio en forma oscura. El otro es el negativo, que también está en la ampolla. El tercer terminal, de disparo, es una placa metálica que abraza la lámpara por afuera.
<8> Láser, del inglés Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, “amplificación de luz por emisión estimulada de radiación”. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 21 de 34
LÁMPARAS DE XENÓN Tienen un reflector parabólico pulido (una lente fresnel se destruiría) que da como resultado un haz colimado como el láser. Luz colimada: aquella cuyos rayos son paralelos entre sí. Se suele decir que la luz colimada está enfocada en el infinito. La luz de las estrellas, incluido el Sol, puede considerarse colimada debido a que están a distancias muy grandes. Producen un haz estrecho y de largo alcance
LÁMPARAS DE XENÓN
Xenopro de Fisher Light Disponible en 1, 2, 4, 7, y 10kw, todos con refrigeración por aire forzado. Se puede atenuar hasta un 40%. El modelo de 10kw produce casi 7,5 millones de lux a 15 metros de distancia. Pesa 150k
PURO DERROCHE En el vértice de la pir ámide del hotel Luxor (La Vegas) hay instalados 39 Sky Beam de xenón de 7kw. La potencia del haz de cada uno de ellos permitir ía leer un libro a 16 km de altitud en el espacio exterior
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LED
La tecnología LED (Light Emitting Diode = diodo emisor de luz), ha evolucionado a gran velocidad en los últimos tiempos. Hoy convivimos con multitud de aplicaciones LED: semáforos, paneles publicitarios, pantallas de dispositivos electrónicos, luces de posición y direccionales en cada vez más vehículos a motor, etc. Y como no podía ser menos, los LED han llegado también a la iluminación cinematográfica. Los LED <9>, están basados en semiconductores (diodos) que transforman directamente la corriente eléctrica en luz. Con solo unos pocos milímetros de longitud, son una alternativa válida a las fuentes de luz convencionales en muchas áreas de la iluminación general, y están abriendo perspectivas desconocidas hasta ahora. Un LED está formado por varias capas de material semiconductor <10>; no tiene filamento, ni gas inerte que lo rodee, ni ampolla de vidrio que lo recubra. Cuando la corriente circula por el LED, se genera luz en una de estas finas capas, la capa activa. Contrariamente a las lámparas incandescentes, que producen un espectro continuo, un LED emite luz monocromática <11>. El color de la luz generada depende de la mezcla de materiales semiconductores empleados pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode), de uso común en mandos a distancia para televisores, DVD, aire acondicionado, etc. <12> El primer LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por Nick Holonyak, ingeniero de General Electric, en 1962. Si los diodos LED son tan antiguos, ¿por qué no se han popularizado antes? El problema es precisamente el color. Los diodos rojos y verdes eran fáciles y baratos de producir, pero no los azules.
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Todo cambió en 1993 cuando el investigador Shuji Nakamura <13> descubrió un proceso más barato de fabricación de los LED azules con dos compuestos: nitruro de galio y nitruro de indio, los que se utilizan en la actualidad. El descubrimiento de los LED azules abrió la puerta a la iluminación doméstica, pantallas de ordenador más ligeras, luces de efecto más espectaculares que pueden adoptar cualquier color y controlarse con un PC, y también a una avalancha de pilotos azules en electrodomésticos y vehículos “tuneados”. Para producir luz blanca, la luz de un LED azul se hace pasar a través de un recubrimiento fosforescente que emite luz amarilla. La concentración de esta sustancia puede ajustarse, de modo que la luz azul primaria emitida por el diodo se mezcle con la luz amarilla de la sustancia fosforescente para producir luz blanca de unos 3300K, conocida como “luz de luna”. Actualmente se ofrecen módulos LED para aplicaciones industriales con la misma gama de colores que las lámparas fluorescentes 847, 854 y 865, siempre con IRC superior a 80. Los LED trabajan en corriente continua y a voltajes determinados; por tanto necesitan una fuente de alimentación específica. La corriente máxima y el flujo luminoso resultante vienen definidos por el particular material del LED. Su potencia unitaria varía entre 1,5 y 5 vatios y la eficiencia alcanza los 60 lúmenes por vatio. El hecho de producir casi cinco veces más lúmenes por vatio que las bombillas incandescentes, hace a los LED especialmente útiles en dispositivos operados a baterías. A diferencia de una bombilla eléctrica convencional, los LED no tienen una resistencia (filamento) que pueda romperse o quemarse, lo cual los hace muy duraderos y confiables. La vida de un LED no termina de forma repentina y absoluta, como en el caso de las lámparas incandescentes, lo que ocurre es que su flujo va depreciándose progresivamente. Se considera que un LED ha llegado al final de su vida cuando su flujo luminoso es el 50% de su valor inicial. Los LED de colores cálidos, como los rojos y amarillos, pueden alcanzar una enorme vida útil, hasta 100.000 horas (casi doce años encendidos sin interrupción), mientras que en colores fríos, como el verde o el azul, la vida útil excede las 50.000 horas. En cualquier caso se trata de cifras que superan todo lo conocido y Semáforo LED alimentado su utilidad es extraordinaria en luces por un panel solar que deben estar operativas todo el tiempo y que resultan incómodas de reemplazar. Es por ello que la casi totalidad de los semáforos de las grandes ciudades europeas están alimentados con LED. En las 100.000 horas que se mantiene útil un LED rojo, habría que haber cambiado cien veces la lámpara de incandescencia (1.000 horas de vida media) del módulo rojo de un semáforo. La cantidad de luz generada por un LED depende de su color, diseño y temperatura. Su eficacia luminosa sigue evolucionando de forma imparable aunque, en el uso práctico, todos los LED pierden eficacia con el aumento de la temperatura. En comparación con fuentes de luz tradicionales, la eficacia de los LED blancos ya ha superado a las lámparas halógenas e incandescentes, aunque su potencia todavía es inferior. El rápido crecimiento de la eficacia luminosa de la tecnología LED de alta potencia, permitirá, en ciertas aplicaciones, la sustitución de fuentes de luz convencionales. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 24 de 34
Otras ventajas son el reducido tamaño unitario (pocos milímetros), que los hace capaces de ajustarse a multitud de aplicaciones. Su alta resistencia a vibraciones e impactos resulta en máxima fiabilidad incluso en condiciones ambientales adversas (hasta -20ºC). No generan radiación ultravioleta ni infrarroja, los materiales expuestos a la luz del LED no se deterioran (es una luz perfecta para museos). Su impacto ambiental es bajo (no contienen gases ni metales pesados). La compañía estadounidense Litepanels es el mayor fabricante de sistemas de iluminación a base de módulos LED para aplicaciones cinematográficas y televisivas.
Litepanels DV One Lite Flood Kit. 5600K, atenuables hasta el 100% sin pérdida de color. Vida: 100.000 horas. Coste: $995
Ringlite. 100% atenuable sin cambios en
el color. No emite calor. Liviano. $2.995
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Lite Panels 1x1 (un pie cuadrado) $1.995 (sin trípode)
$8.995
Las escenas del taxi en Collateral (Michael Mann, 2004) rodadas en cine digital (Thomson Grass Valley Viper FilmStream) fueron iluminadas con paneles LED adosados al techo
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Sistemas LED para cine y TV fabricados por Ianiro (Italia)
Dispositivos LED para iluminación cinematográfica Intensidad Luminosa Temperatura de color Índice de reproducción cromática Distribución espectral de la energía Vida media Eficiencia
Baja/media 3200K / 5600K 85-90 Espectro continuo Enorme: entre 30.000 y 100.000 horas Media
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Sistemas LED con lente fresnel La tecnología LED proporciona ventajas sustantivas para la iluminación profesional: enorme vida útil (unas 50.000 horas) sin necesidad de repuestos en la fuente de luz, muy bajo consumo (comparados con una fuente convencional de similar potencia luminosa), muy baja emisión de calor y la atenuación total (100% a 0%) sin cambios en la temperatura de color por medio del dimmer incorporado, no hay necesidad de filtros tipo ND. Algunos de ellos permiten además variar la temperatura de corrección, eliminando también el uso de los filtros tipo CTO y CTB. Es de esperar que su precio inicial, comparativamente alto en estos momentos, se vaya reduciendo a medida que la demanda aumente y su tecnología avance. Porque es eso, su alto precio de compra, lo que frena su popularidad ya que sus costes de explotación son más bajos y con gran diferencia. Definitivamente, el LED es rentable a largo plazo. Unos cálculos simples lo demostrarán.
Litepanel LED Sola 6 de 75 vatios. Potencia lumínica equivalente a un halógeno de 600 vatios
En sistemas LED y lente fresnel, el fabricante estadounidense Litepanels, propone por ejemplo la unidad Sola 6, de solo 75 vatios de consumo y potencia lumínica equivalente a 650 vatios de incandescencia. La fresnel permite variar al ángulo de salida desde 10 a 70º. Su precio (agosto 2010) es de $2.360, más de seis veces el valor de un proyector halógeno fresnel Arri de 650 vatios ($380). Ahora bien, el proyector Arri utiliza una lámpara tipo CP-89 de 150 horas de vida media cuyo reemplazo cuesta $40. La unidad LED de Litepanels tiene una vida estimada en 50.000 horas. Haciendo cálculos simples, por el precio de una Litepanel LED podríamos adquirir una unidad Arri convencional, y sobraría dinero suficiente para comprar además 49 bulbos de repuesto, pero con ellos solo alcanzaríamos 7.350 horas de uso frente a las 50.000 del LED. Eso sin contar que el LED Litepanel utiliza solo el 11,5% de la energía eléctrica que consume el halógeno de Arri y produce mucho menos calor (ahorro en aire acondicionado, menos necesidad de interrupción en los rodajes para retoques de maquillaje). Está claro que en una consideración a largo plazo, las ventajas de explotación del LED se imponen sin duda. Pero el precio inicial asusta. La propia Arri propone proyectores fresnel LED con su nueva línea L-Series, en el habitual nivel de excelencia del gran fabricante alemán. Los tres nuevos modelos tienen una misma lente fresnel de 7 pulgadas (unos 18cm de diámetro) y enfoque continuo tanto spot como flood en un campo de luz homogéneo. La diferencia estriba en el color de la luz emitida: L7-T (3200K), L7-D (5600K) y L7-C (permite control de color). El precio del más completo, el L7-C es de $2.500 (agosto de 2010).
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Ventajas Luz suave. Bajo deslumbramiento para los actores (en unidades sin fresnel). Encendido literalmente instantáneo. Tamaño pequeño. Poco peso (fáciles de colgar) Enorme vida útil. Muy bajo consumo. Atenuación fácil y completa (dimmer incorporado) Amplia gama de colores y elevada saturación de color (no necesitan filtros). Posibilidad de cambio de color desde el controlador de la propia unidad (se elimina la necesidad de filtros CTO y CTB) No generan radiación ultravioleta ni infrarroja. Mínima emisión de calor. Los apagados/encendidos frecuentes no acortan su vida útil. Muy resistentes a condiciones adversas. Funcionamiento fiable a bajas temperaturas (hasta –20 ºC) Bajo impacto ambiental
Inconvenientes Baja potencia unitaria (por el momento) Temperaturas excesivas los sobrecalientan y arruinan. Costo inicial mucho mayor que el unidades fluorescentes o incandescentes de potencia lumínica equivalente. SISTEMAS LED CON LENTE FRESNEL La tecnología LED proporciona ventajas sustantivas para la iluminación profesional: - Enorme vida útil (unas 50.000 horas) sin necesidad de repuestos en la fuente de luz - Muy bajo consumo (menos del 15% del de una fuente convencional de similar potencia luminosa)
Litepanel LED Sola 6
de 75 vatios. Potencia lumínica equivalente a un halógeno de 600 vatios
Es su mucho mayor precio inicial lo que impide su distribución masiva
- Muy baja emisión de calor (menos aire acondicionado, menos interrupciones por retoques de maquillaje) - Atenuación total (100% a 0%) sin cambios en la temperatura de color por medio del dimmer incorporado (no hay necesidad de filtros tipo ND). - Algunos permiten además variar la temperatura de corrección, eliminando el uso de los filtros tipo CTO y CTB). >
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LED vs HALÓGENO: COMPARACIÓN DE COSTES
Litepanel LED Sola 6
Arri 650 (halógeno-cuarzo)
75 vatios Fresnel 15,2 cm de diámetro
650 vatio s Fresnel 11 cm de diámetro
Ángulo del haz de luz: 70º a 10º
Ángulo del haz de luz: 54º a 13º
Máxima iluminación a 5 metros: 117 3 lux
Máxima iluminación a 5 metros: 1 .340 lux
Peso: 4,13 kg (incorpora contro lador)
Peso: 3,3 kg
Precio (agosto 201 0): $2.360
Precio (agosto 2010): $380
Duración del LED: 50 .00 0 horas
Duración del bulbo (CP89): 1 50 horas
Por el precio de una Litepanel LED ($2.360) podríamos adquirir una Arri halógena ($380), y sobraría dinero para comprar además 49 bulbos de repuesto.
Pero con los 49 bulbos solo alcanzaría para 7.350 horas de uso frente a las 50.000 horas del LED . LED vs HALÓGENO: COMPARACIÓN DE COSTES
Litepanel LED Sola 6 75 vatios
Arri 650 (halógeno-cuarzo) 650 vatio s
Además, el LED utiliza solo el 11,5% de la energía eléctrica que consume el halógeno y produce mucho menos calor (ahorro en aire acondicionado, menos interrupción en rodaje para retoques de maquillaje).
En una consideración a largo plazo, las ventajas de explotación del LED se imponen sin duda alguna. Es el precio inicial lo que asusta. Precio (agosto 201 0): $2.360
Precio (agosto 2010): $380
SISTEMAS LED CON LENTE FRESNEL DE ARRI
Arri propone proyectores fresnel LED en su nueva línea L-Series (2011) con el habitual nivel de excelencia del gran fabricante alemán.
Los tres nuevos modelos tienen una misma lente fresnel de 7 pulgadas (unos 18cm de diámetro), de enfocabilidad continua tanto spot como flood en un campo de luz homogéneo. La diferencia estriba en el color de la luz emitida: L7-T (3200K), L7-D (5600K) y L7-C (permite control de color).
Arri L7-C (LED) $2.500
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<9> Es un error gramatical escribir “los LEDS”, “los LEDs” o aún peor “los LED’s”. Esta palabra, como tantas otras que procedentes de otros idiomas se insertan en el nuestro en su forma original, tienen igual escritura en singular que en plural. Es el caso, por ejemplo, de “scouting, catering, software, look, casting, traveling, zoom, dolly, steadicam, western, film noir, CCD, CMOS, LCD, flashback, canopy”, bokeh, Ipod, etc etc, etc. Es decir, debe escribirse “los LED”, “los traveling”, “los CCD”, “los casting”, etc. <10> Básicamente, un material semiconductor está hecho de un material de conducción pobre al que le han agregado “impurezas”; este proceso se conoce como “dopaje”. Las impurezas no son más que átomos de otro elemento el cual modifica las propiedades de conducción del material. En el caso de los LED, el material típico es arseniuro de galio-aluminio. <11> En sus comienzos, los LED emitían luz principalmente roja o naranja: hoy en día es posible conseguir comercialmente LED que producen un color específico de luz, incluyendo luz azul, blanca y ultravioleta. La mayoría de LED que producen luz blanca hoy están hechos de un material semiconductor a base de indio, galio y nitrógeno y emiten luz azul de entre 450 y 470 nanómetros de longitud de onda. Estos LED blancos están cubiertos con un fósforo amarillento. Parte de la luz azul emitida por el diodo es convertida por la cubierta en luz amarilla de alrededor de 580 nanómetros de longitud de onda. Debido a que la luz amarilla estimula los receptores rojos y verdes del ojo, la mezcla resultante da la impresión de luz blanca; el tono resultante es comúnmente llamado “blanco lunar”. <12> Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, reproductores de vídeo y DVD, etc, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de control remoto, así como en dispositivos detectores. <13> El científico japonés Shuji Nakamura recibió en septiembre de 2006 en Helsinki el premio "Millennium" de tecnología 2006, el principal galardón del mundo en este campo, por su contribución al desarrollo de nuevas fuentes lumínicas cuyas múltiples aplicaciones mejoran la calidad de vida humana. El premio "Millennium", creado en el 2002 por una fundación finlandesa y dotado con un millón de euros (1,4 millones de dólares), se concede cada dos años por una invención tecnológica que contribuya de forma significativa a mejorar la calidad de vida y el desarrollo sostenible. HMI – Xenón – LED / Antonio Cuevas – Pág. 31 de 34
LED Para producir luz blanca, la luz de un LED azul se hace pasar a través de un recubrimiento fosforescente que emite luz amarilla. La concentración de esta sustancia fluorescente puede ajustarse, de modo que la luz azul primaria emitida por el diodo se mezcle con la luz amarilla de la sustancia fosforescente para producir luz blanca de unos 3300K, conocida como “luz de luna”. >
Actualmente se ofrecen módulos LED para aplicaciones industriales con la misma gama de colores que las lámparas fluorescentes 847, 854 y 865 (IRC superior a 80).
Nakamura, quien recibió el premio de manos de la presidenta de Finlandia, Tarja Halonen, anunció que donará parte del millón de euros del "Millennium" a una fundación que se dedica a iluminar zonas rurales del tercer mundo. Shuji Nakamura, profesor de la Universidad de California, es el inventor de los diodos luminosos (LED) azules, así como de la luz láser azul. El invento de Nakamura abrió todo un abanico de posibilidades en la investigación y desarrollo de semiconductores generadores de luz, e hizo posible la producción industrial a gran escala de diodos luminosos de bajo consumo. El desarrollo de la luz láser azul, otra de las aportaciones del científico japonés, permite quintuplicar el volumen de información almacenado en un CD o un DVD, en comparación con las técnicas actuales, lo que ha dado lugar a una nueva generación de soportes electrónicos: el HD DVD (propuesta de Toshiba, de efímera vida) y el Blue Ray (Sony).
Su eficacia luminosa sigue aumentando aunque todos los LED pierden eficacia con el aumento de la temperatura. La eficacia de los LED blancos ya ha superado a las lámparas halógenas e incandescentes, aunque su potencia todavía es inferior. > Tres virtudes importantes:
Desde que en los años 60 se inventó el LED rojo, muchos científicos del mundo dedicaron No generan radiación ultravioleta ni infrarroja. No emiten calor: los sus esfuerzos a desarrollar el LED materiales expuestos al LED no se deterioran. Luz perfecta para museos. azul y verde, ya que la Impacto ambiental bajo (no contienen gases ni metales pesados). combinación de los tres permite reproducir millones de colores. Sin embargo, nadie fue capaz de conseguirlo hasta que en 1993 el profesor Nakamura, quien entonces trabajaba para la compañía japonesa Nichia, sorprendió al mundo científico con el diodo luminoso azul basado en los nitruros de galio e indio. Alta resistencia a vibraciones e impactos lo que resulta en máxima fiabilidad incluso en condiciones ambientales adversas (hasta -20ºC).
Como propietaria de las patentes, la compañía japonesa ganó durante los siguientes años más de mil millones de euros, por lo que Nakamura presentó una demanda contra Nichia. Finalmente, en el 2005 el Tribunal Superior de Tokio ordenó a la firma pagar a su ex empleado 843 millones de yenes (5,6 millones de euros) por la transferencia de las patentes. Actualmente, el profesor Nakamura centra sus investigaciones en el desarrollo de luces LED blancas para iluminación mucho más potentes, con el fin de abaratar los costes de su producción a nivel industrial.
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EL MUNDO, Madrid, 6 de junio de 2008 Los primeros faros de ‘led’ MADRID.- El enorme y nada ecológico Cadillac Escalade será el primer coche del mundo que montará los faros más revolucionarios del mercado: los faros de LED, formados por diodos electroluminiscentes. La versión Platinum de este enorme todocamino de lujo ofrecerá en opción desde enero de 2009 este tipo de luces, que no sólo proporcionan una excelente iluminación, sino que también permiten que cada modelo tenga una firma lumínica particular. En las últimas décadas las marcas europeas se habían hecho con el monopolio de las innovaciones para el automóvil en materia de seguridad. Fueron las primeras en introducir el cinturón de seguridad, los neumáticos radiales, los reposacabezas activos, el antibloqueo de frenos (ABS), los airbags, el control de tracción (TCS), las cubiertas capaces de rodar sin aire, el control de estabilidad (ESP) e, incluso, el sistema precolisión. Esta supremacía se había extendido al campo de la iluminación, paradójicamente la pata menos visible de la seguridad del coche. En Europa se vieron, a finales de los 50 los primeros faros con distribución asimétrica de luz; las lámparas halógenas, a comienzos de los 70, los faros de xenón, a comienzos de los 90 y, ya en el siglo XXI, los faros que siguen el perfil de la carretera. Ahora, Cadillac ha decidido poner fin a esta situación. De la mano de Hella, el gran especialista mundial en iluminación del automóvil, se convertirá en la primera marca en montar faros de LED (acrónimo del inglés light emitting diodes o diodos luminiscentes). Estos faros presentan varias ventajas sobre los convencionales de lámparas halógenas o, incluso, sobre los de xenón.
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La primera es que “los LED producen una luz totalmente blanca, igual a la
luz del día, que es la que mejor se adapta a la capacidad visual del ojo humano. Esto reduce la fatiga ocular”, recuerda Daniel Veitner, responsable de Marketing de la división de Iluminación de Hella. Por otra parte, estos diodos “tienen una vida media de más de 100.000 horas, más incluso que la del propio vehículo", equivale a unos 12 años de uso continuo durante las 24 horas del día, señala Veitner.
También hay que destacar que un LED o un grupo de ellos pueden sustituirse en caso de fallo, sin tener que cambiar todo el faro, como sucede con los de xenón, con el consiguiente ahorro de dinero. Además,
"los faros de LED no dejan ninguna zona sin iluminar, gracias a que los diferentes diodos crean áreas de luz que se superponen. De esta forma, se crea una zona iluminada que alcanza varios cientos de metros cuando se encienden las largas", prosigue el ingeniero. Otra ventaja de los LED es que su haz de luz se puede diseñar a voluntad. En el caso del Cadillac Escalade, cada faro consta de nueve luces. Cinco de ellas forman la denominada luz de día. Se les suman otras dos de posición, para generar las luces de cruce. Finalmente, dos potentes LED superponen su luz para dar paso a las largas. Por otra parte, dado que los LED forman conjuntos integrados, "basta con regular tan sólo una de las luces para que todas las demás lo hagan automáticamente", explica el representante de la marca alemana. Por último, pero no menos importante, los faros de LED "transmiten una imagen de alta calidad y exclusividad, cada vez más apreciada por los automovilistas", añade Veitner. "De hecho, todos los coches premium incluyen algún tipo de LED en su sistema de iluminación", explica el ingeniero Michael Kleinkes, otro de los responsables de la división de Iluminación de Hella. "Todas las marcas de coches trabajan ya en definir unos faros específicos, que
permitirán que sus coches sean fácilmente indentificables por su firma lumíca. Trabajamos en ello con las marcas europeas y americanas", comenta Veitner.
Los responsables del proyecto no ocultan que no todo es un camino de rosas en la trayectoria de los faros de LED. Lo más problemático es el calor. Los LED no pueden superar los 150 grados de temperatura, por ello el faro cuenta con un ventilador que sopla sobre los componentes electrónicos de abajo hacia arriba. Por último, está el precio. Veitner declina responder a la pregunta. Finalmente explica: "Estos faros son casi un prototipo. No hemos mirado los costes. El coste de los faros futuros será parecido al xenón". Otro problema, éste para Hella, es cómo sacar rendimiento a unos faros que nunca se funden. "Estamos trabajando sobre esta cuestión", reconoce Veitner con cierto embarazo.
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