Un manto de gas incandescente , manto de gas o manto Welsbach es un dispositivo para la generación de luz blanca brillante cuando se calienta por una llama. El nombre hace referencia a su fuente de calor original en las luces de gas , que llenaron las calles de Europa y América del Norte a fines del siglo XIX, manto refiriéndose a la forma en que cuelga como un manto sobre la llama. También se usó en linternas portátiles para acampar , linternas a presión y algunas lámparas de aceite. [1]
Las mantas de gas se venden generalmente como artículos de tela que, debido a la impregnación con nitratos metálicos, se quema para dejar una malla rígida pero frágil de óxidos metálicos cuando se calientan durante el uso inicial; estos óxidos metálicos producen luz a partir del calor de la llama cuando se usan. El dióxido de torio era comúnmente un componente importante; al ser radiactivo , ha suscitado preocupaciones sobre la seguridad de las personas involucradas en la fabricación de mantos. Sin embargo, el uso normal presenta un riesgo mínimo para la salud.
Mecanismo [ editar ]
El manto es una bolsa de tela con forma de pera , hecha de seda, seda artificial a base de ramio o rayón . Las fibras están impregnadas de sales metálicas; cuando el manto se calienta por primera vez en una llama, las fibras se queman en segundos y las sales metálicas se convierten en óxidos sólidos, formando una cáscara de cerámica quebradiza con la forma de la tela original. Un manto brilla intensamente en el espectro visible mientras emite poca radiación infrarroja . Los óxidos de tierras raras ( cerio ) y actínidos ( torio ) en el manto tienen una baja emisividad en el infrarrojo (en comparación con un cuerpo negro ideal) pero tienen alta emisividad en el espectro visible . También hay alguna evidencia de que la emisión se ve reforzada por la candoluminiscencia , la emisión de luz de los productos de combustión antes de que alcancen el equilibrio térmico. [2] La combinación de estas propiedades produce un manto que, cuando se calienta con una llama de queroseno o gas licuado de petróleo , emite una radiación intensa que es principalmente luz visible, con relativamente poca energía en el infrarrojo no deseado, aumentando la eficiencia luminosa.
El manto ayuda al proceso de combustión al mantener la llama pequeña y contenida dentro de sí mismo a velocidades de flujo de combustible más altas que en una lámpara simple. Esta concentración de combustión dentro del manto mejora la transferencia de calor de la llama al manto. El manto se encoge después de que todo el material de la tela se ha quemado y se vuelve muy frágil después de su primer uso.
Instalación de vapor de petróleo incandescente de 85 mm Chance Brothers
Historia [ editar ]
Durante siglos, la luz artificial se ha generado mediante llamas abiertas . Limelight se inventó en la década de 1820, pero la temperatura requerida para producir luz visible a través de la radiación del cuerpo negro solo era demasiado alta para ser práctica para luces pequeñas. A finales del siglo XIX, varios inventores intentaron desarrollar una alternativa eficaz basada en calentar un material a una temperatura más baja pero utilizando la emisión de líneas espectrales discretas para simular la luz blanca.
Muchos de los primeros intentos utilizaron gasas de platino - iridio empapadas en nitratos metálicos , pero no tuvieron éxito debido al alto costo de estos materiales y su poca confiabilidad. El primer manto efectivo fue la canasta Clamond en 1881, que lleva el nombre de su inventor. Este dispositivo se hizo a partir de una matriz de óxido de magnesio ingeniosamente producida , que no necesitaba ser sostenida por una jaula de alambre de platino, y se exhibió en la exposición Crystal Palace de 1883.
El manto de gas moderno fue uno de los muchos inventos de Carl Auer von Welsbach , un químico que estudió elementos de tierras raras en la década de 1880 y que había sido alumno de Robert Bunsen . Ignaz Kreidl trabajó con él en sus primeros experimentos para crear el manto Welsbach. Su primer proceso utilizó una mezcla de 60% de óxido de magnesio , 20% de óxido de lantano y 20% de óxido de itrio , al que llamó "Actinophor" y que patentó en 1887, patente estadounidense emitida el 15 de marzo de 1887, # 359,524. Estos mantos originales emitían una luz teñida de verde y no tuvieron mucho éxito. La primera empresa de Carl Auer von Welsbach estableció una fábrica en Atzgersdorfen 1887, pero fracasó en 1889. En 1889, Welsbach recibió su primera patente mencionando el torio, el 5 de marzo de 1889, patente de EE.UU. nº 399.174. En 1891 perfeccionó una nueva mezcla de 99% de dióxido de torio y 1% de dióxido de cerio que emitía una luz mucho más blanca y producía un manto más fuerte. Después de la introducción comercial de este nuevo manto en 1892, se extendió rápidamente por toda Europa. El manto de gas siguió siendo una parte importante del alumbrado público hasta la introducción generalizada de la iluminación eléctrica a principios del siglo XX. [3]
Producción [ editar ]
Para producir un manto, el algodón se teje o se teje en una bolsa de red, se impregna con nitratos solubles de los metales elegidos y luego se calienta; el algodón se quema y los nitratos se convierten en nitritos, que se fusionan para formar una malla sólida. A medida que continúa el calentamiento, los nitritos finalmente se descomponen en una frágil malla de óxidos sólidos de muy alto punto de fusión.
Los primeros mantos se vendían en la condición de malla de algodón sin calentar, ya que la estructura de óxido era demasiado frágil para transportar fácilmente. El manto se convirtió en forma de trabajo cuando el algodón se quemó en el primer uso. Los mantos sin usar no pudieron almacenarse por mucho tiempo, ya que el algodón se pudrió rápidamente debido a la naturaleza corrosiva de los nitratos metálicos ácidos, problema que luego se resolvió empapando el manto en una solución de amoniaco para neutralizar el exceso de ácido.
Más tarde, los mantos se hicieron de algodón pólvora ( nitrocelulosa ) o colodión en lugar de algodón ordinario, ya que se podían producir hilos extremadamente finos de este material, pero tenían que volver a convertirse en celulosa por inmersión en sulfuro de amonio antes del primer uso, ya que el algodón pólvora es altamente inflamable. y puede ser explosivo. Más tarde, se descubrió que un manto de algodón podía fortalecerse lo suficiente sumergiéndolo en una solución de colodión, que lo recubría con una capa delgada, que se quemaría cuando se usara el manto por primera vez.
Los mantos tienen un hilo de atar para atarlos al portalámparas. Hasta que se prohibió el amianto debido a su carcinogenicidad , se utilizó un hilo de amianto ; los mantos modernos utilizan un alambre o un hilo de fibra cerámica .
Problemas de seguridad [ editar ]
Torio [ editar ]
El torio es radiactivo y produce el gas radiactivo radón -220 como uno de sus productos de desintegración . Además, cuando se calienta hasta la incandescencia, el torio volatiliza sus radio hijas en crecimiento , particularmente el radio -224. A pesar de su vida media muy corta, el radio se repone rápidamente a partir de su padre radio (torio-228), y cada nuevo calentamiento del manto a la incandescencia libera una nueva oleada de radio-224 en el aire. Este subproducto se puede inhalar si el manto se usa en interiores y es un problema de radiotoxicidad del emisor alfa interno . Los productos secundarios de la desintegración del torio incluyen el radio y el actinio.. Debido a esto, existen preocupaciones sobre la seguridad de los mantos de torio. Algunas agencias de seguridad nuclear hacen recomendaciones sobre su uso. [4]
Un estudio realizado en 1981 estimó que la dosis de usar un manto de torio todos los fines de semana durante un año sería de 3 a 6 microsieverts (0,3 a 0,6 mrem ), pequeña en comparación con la dosis de radiación de fondo anual normal de alrededor de 2,4 mSv (240 mrem ). aunque esto supone que el torio permanece intacto en lugar de estar en el aire. Una persona que ingiera realmente un manto recibiría una dosis de 2 mSv (200 mrem ). [5] [6] Sin embargo, la radiactividad es una preocupación importante para las personas involucradas en la fabricación de mantos y un problema con la contaminación del suelo alrededor de algunas antiguas fábricas. [7]
Una posible causa de preocupación es que las partículas de los mantos de gas de torio "caen" con el tiempo y llegan al aire, donde pueden ser ingeridas en alimentos o bebidas. Estas partículas también pueden inhalarse y permanecer en los pulmones o el hígado, causando una exposición prolongada que excede el riesgo de radiación de fondo. También es motivo de preocupación la liberación de polvo que contiene torio si el manto se rompe debido a un impacto mecánico.
Todos estos problemas han llevado al uso de alternativas en algunos países, generalmente itrio o, a veces , circonio , aunque suelen ser más caras o menos eficientes. Los problemas de seguridad fueron objeto de una demanda federal contra la Compañía Coleman ( Wagner v. Coleman ), que inicialmente acordó colocar etiquetas de advertencia en los mantos para este problema, y posteriormente cambió a usar itrio. [6] [8]
En junio de 2001, la NUREG publicó un estudio sobre la Evaluación Radiológica Sistemática de Exenciones para Materiales de Origen y Subproductos [9] declarando que los mantos de gas radiactivo son explícitamente legales en los EE. UU. [10]
Ver también [ editar ]
- Candoluminiscencia
- Linterna coleman
- Canasta de clamond
- Iluminación de gas
Notas [ editar ]
- ↑ Aladdin Mantle Lamp Co.
- ^ HF Ivey (1974). "Candoluminiscencia y luminiscencia excitada por radicales". Diario de luminiscencia . 8 (4): 271-307. Código Bibliográfico : 1974JLum .... 8..271I . doi : 10.1016 / 0022-2313 (74) 90001-5 .
- ^ Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 13 de septiembre de 2010 . Consultado el 17 de septiembre de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace ).
- ^ Estufas - Survival Unlimited Archivado el 3 de abril de 2005 en la Wayback Machine.
- ^ a b Cecil Adams, 5 de diciembre de 2003, The Straight Dope: Are camp linnterns radioactive?
- ^ "Servicios de salud ambiental del Departamento de salud de Nueva Jersey, volumen 1, número 3 primavera de 1996: Welsbach y sitios de manto de gas general, radio de Estados Unidos" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 13 de junio de 2006 . Consultado el 25 de septiembre de 2005 .
- ^ http://www.motherearthnews.com/natural-health/radioactive-danger-of-mantle-lamps-zmaz82ndzgoe
- ^ NUREG-1717 (sección 3.14. Mantos incandescentes) . PDF 3,1 MB].
- ^ NUREG-1717 sección 3.14 .: "cualquier persona está exenta de los requisitos para obtener una licencia en la medida en que reciba, posea, utilice o transfiera cualquier cantidad de torio contenido en mantos de gas incandescente. Esta exención se estableció el 20 de marzo , 1947 (12 FR 1855), y se ha mantenido esencialmente sin cambios desde ese momento ".
Enlaces externos [ editar ]
- . Encyclopædia Britannica . 16 (11ª ed.). 1911. págs. 651–673.
- Una breve historia de la lámpara de presión de manto incandescente
- Auer von Welsbach
- Artículo de la Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear "Radiactividad en mantos de linternas"
- Documento de los Servicios de Salud Ambiental y del Consumidor de Nueva Jersey que contiene una descripción de la contaminación en la antigua fábrica de Camden, Nueva Jersey.
- Quemador de gas Clamond : Scientific American 2 de octubre de 1886
