El año pasado te contamos cómo funcionan las luces de cordón navideñas incandescentes, pero nos dejamos un tema importante: Las luces de cadena LED. Dado que cada vez más consumidores están cambiando las bombillas incandescentes tradicionales por las bombillas LED de bajo consumo, sobre todo en época de vacaciones, hemos actualizado nuestra popular explicación sobre las luces navideñas con una sección que le ayudará a entender las luces LED para las fiestas (y cómo arreglarlas). Te recomendamos que leas el post completo, porque las luces LED y las incandescentes tienen mucho en común.
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¿Cómo funcionan las luces navideñas?
En el Departamento de Energía estamos entrando en el espíritu navideño. Nuestros calcetines se cuelgan en la chimenea con cuidado y tenemos cuerdas de luces decorando nuestros cubículos. Mientras colgaba las luces, quise saber cómo funcionan exactamente las luces navideñas. Esto es lo que descubrí.
Las luces navideñas son una gran manera de aprender sobre el flujo de la corriente eléctrica. En un circuito simple, incluyendo el de una bombilla incandescente, la electricidad viaja a través de un circuito cerrado, pasando por un filamento, haciendo que éste brille. Cuanta más corriente pase por un filamento, más se calentará, más brillará y más rápido se quemará. Si el circuito está roto o abierto, no pasará electricidad por el filamento y éste no se encenderá. Si la corriente es demasiado grande, el filamento se derretirá, o se fundirá, provocando que el circuito se abra.
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Pero queremos que más de una luz brille en nuestro árbol de Navidad o a lo largo de los tejados de nuestras casas. Si quieres conectar varias bombillas a la misma fuente de alimentación, hay dos formas de hacerlo: conectar las luces en serie o en paralelo.
Luces en paralelo frente a luces en serie
Cuando las luces se conectan en serie, la electricidad pasa de la fuente de alimentación a la primera luz, y luego de luz a luz hasta que vuelve a la fuente de alimentación. En esta configuración, cuando un filamento dentro de cualquier bombilla se funde, se crea un circuito abierto en el cableado. Como hemos mencionado antes, cuando un circuito está incompleto o abierto, la electricidad no pasa por ninguno de los cables, lo que hace que todas las luces se apaguen.
Cuando las luces están conectadas en paralelo, cada luz está en su propio circuito hasta la fuente de alimentación. Si un filamento se quema, no tiene ningún efecto sobre el resto de las luces, ya que cada una continúa en un circuito cerrado con la fuente de alimentación. Compruebe la diferencia.
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Con las cadenas de luces navideñas, los ingenieros decidieron que la mejor opción era conectar varias series de luces en paralelo. En otras palabras, las luces navideñas están tanto en serie como en paralelo. Veamos cómo se ve esto:
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De esta manera, cuando una serie de bombillas se estropea -por ejemplo, por una bombilla suelta- no debería tener efecto en ninguna de las otras series de bombillas, ya que están en paralelo con la serie defectuosa. Por eso, a veces sólo una parte de las luces se estropea, mientras que otras siguen funcionando. Cuando se conectan cadenas de luces adicionales al final de una cadena, estas luces se añaden en paralelo a la cadena original.
¿Pero qué pasa cuando una bombilla se apaga en una serie? Antes, cuando se apagaba una bombilla, se apagaba toda la serie. Si este fuera el caso, tendría que comprobar cada bombilla individualmente para ver cuál se ha fundido. Si se fundían varias bombillas, esto se volvía excesivamente difícil.
Entre el «shunt». ¿Qué es una derivación? Te lo diré
Los shunts y los fusibles salvan el día
Un shunt es cualquier dispositivo que permite que la corriente continúe fluyendo a través de un circuito creando un camino de menor resistencia que el camino original. En las lámparas incandescentes, los shunts son pequeños cables envueltos bajo el filamento. En un principio, están recubiertos de una sustancia que los convierte en aislantes. En otras palabras, la electricidad no puede pasar a través de la derivación mientras exista el filamento, porque el recubrimiento da a la derivación una resistencia más alta inicialmente que el filamento, y la corriente eléctrica evita la derivación para encontrar el camino de menor resistencia a través del filamento.
Sin embargo, si el filamento se quema, la alta temperatura de la quema hará que la sustancia que recubre la derivación se derrita, revelando el cable de menor resistencia que hay debajo. Ahora la derivación ha pasado de ser un aislante a un conductor, y la corriente pasa a lo largo de la derivación, manteniendo el circuito cerrado y las luces restantes encendidas. Compruébalo a continuación.
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Recientemente, mientras colocaba las luces, tropecé con un cable y las luces se apagaron. La ristra de luces seguía enchufada, así que me quedé perplejo sobre lo que había pasado. Desenchufé, volví a enchufar… desenchufé, volví a enchufar la cadena. Nada. Entonces me di cuenta. «¡El fusible!» Dije en voz baja. Debía de haber provocado algún tipo de cortocircuito cuando sacudí el cable.
Mientras que las derivaciones sirven para remediar un circuito abierto, los fusibles funcionan para evitar daños debidos a un cortocircuito o a cualquier otro aumento drástico de la corriente. Un cortocircuito es lo contrario de una corriente abierta. En otras palabras, un cortocircuito se produce cuando la corriente eléctrica encuentra un camino no deseado de menor resistencia. A un voltaje constante, esto provoca un pico de corriente, que puede causar una variedad de problemas, algunos leves (aumento de la tasa de quemado de las bombillas incandescentes) y otros graves (sobrecalentamiento del sistema e incendios).
Los fusibles son elementos de seguridad importantes para muchos aparatos eléctricos, pero la mayoría de nosotros ni siquiera sabemos que están ahí. En las luces navideñas, el fusible se encuentra cerca de la parte del cable que se conecta a la pared, a menudo llamado -y no me lo estoy inventando- el extremo macho del cable. Normalmente, el fusible es accesible a través de una pequeña puerta de plástico en el enchufe que puede abrirse y cerrarse para reemplazar el fusible.
A medida que la corriente eléctrica dentro de un cable aumenta, el cable puede calentarse, a veces causando la fusión o incluso incendios. Para evitar esto, los fusibles se introdujeron como los llamados «dispositivos de sacrificio» (¡tan desinteresados ellos!). Cuando la corriente supera el nivel de seguridad, en lugar de fundir el cable o incendiar el árbol de Navidad, el fusible abre el circuito de forma segura, evitando muchas situaciones desastrosas.
Los fusibles suelen ser pequeñas secciones de cable reemplazable, con un nivel de corriente máximo. Como son más delicados que el resto del cableado, un fusible se quemará antes de que la sobrecorriente tenga la oportunidad de sobrecalentar otras partes del cableado de luces. Cuando un fusible se rompe, el circuito queda incompleto y la corriente no puede fluir a través del resto del circuito.
¿Y qué pasa con mis nuevas luces navideñas LED?
Los hilos de luz navideña LED son cada vez más populares. Son más resistentes, duran más y consumen un 70 por ciento menos de energía que los hilos de luz incandescente convencionales. Sólo cuesta 0,27 dólares iluminar un árbol de 2 metros durante 12 horas al día durante 40 días con LED, frente a los 10 dólares de las luces incandescentes. Además, es mucho menos probable que se quemen o se rompan en comparación con sus predecesoras incandescentes. ¿Por qué?
Mientras que la tecnología de las luces incandescentes es relativamente sencilla (un filamento calentado brilla como cualquier brasa en el fuego), la mecánica de las luces LED es mucho más sofisticada. Se requiere un poco de conocimiento de la física de las partículas para entenderlo, pero le daré la versión rápida: Un diodo consiste en algo llamado unión p-n: dos materiales semiconductores próximos entre sí, uno con carga positiva (p) y otro con carga negativa (n). Cuando se aplica corriente al sistema, los electrones del lado negativo se desplazan hacia el lado positivo. En el lado positivo, las partículas llamadas «agujeros de electrones» se mueven hacia el lado negativo. Cuando un electrón y un agujero electrónico chocan, se libera una pequeña cantidad de energía en forma de fotón. El resultado es la luz visible que vemos en un LED.
Los LEDs se conectan en serie-paralelo al igual que las bombillas tradicionales que hemos descrito anteriormente. Sin embargo, a diferencia de las luces incandescentes, los LEDs no suelen hacer uso de derivaciones. Cuando las bombillas incandescentes fallan, el filamento que falta provoca un circuito abierto, es decir, un aumento drástico de la resistencia demasiado alto para que la corriente pueda pasar. En cambio, cuando un LED falla, suele provocar un cortocircuito, creando un camino de menor resistencia. Esto esencialmente toma el lugar de un shunt, haciendo que los shunts sean innecesarios para los LEDs.
¿Qué pasa con mis luces?
Así que ahora que entendemos la mecánica de las luces navideñas, vamos a abordar algunos problemas comunes que nos encontramos y cómo remediarlos.