Una lámpara halógena (también llamada lámpara de tungsteno halógena , cuarzo-halógena y cuarzo yodada ) es una lámpara incandescente que consta de un filamento de tungsteno sellado en una envoltura transparente compacta que se llena con una mezcla de un gas inerte y una pequeña cantidad de halógeno. , como yodo o bromo . La combinación del gas halógeno y el filamento de tungsteno produce un ciclo de halógeno.reacción química, que vuelve a depositar tungsteno evaporado sobre el filamento, aumentando su vida útil y manteniendo la claridad de la envoltura. Esto permite que el filamento funcione a una temperatura más alta que una lámpara incandescente estándar de potencia y vida útil similares; esto también produce luz con mayor eficacia luminosa y temperatura de color . El pequeño tamaño de las lámparas halógenas permite su uso en sistemas ópticos compactos para proyectores e iluminación. La pequeña envoltura de vidrio puede estar encerrada en una bombilla de vidrio exterior mucho más grande, que tiene una temperatura más baja, protege la bombilla interior de la contaminación y hace que la bombilla sea mecánicamente más similar a una lámpara convencional. [1]
Las bombillas incandescentes estándar y halógenas son mucho menos eficientes que las lámparas LED y las lámparas fluorescentes compactas y, por lo tanto, se han eliminado o se están eliminando gradualmente en muchos lugares .
Historia
En 1882 se patentó una lámpara de filamento de carbono que utiliza cloro para evitar el oscurecimiento de la envoltura [2] , y en 1892 se comercializaron lámparas "NoVak" rellenas de cloro [3]. El uso de yodo se propuso en una patente de 1933, [4] que también describió la redeposición cíclica del tungsteno sobre el filamento. En 1959, General Electric patentó [4] una práctica lámpara que utiliza yodo. [5]
Reducir progresivamente
En 2009, la UE y otros países europeos comenzaron a eliminar gradualmente las bombillas ineficientes . La producción e importación de bombillas halógenas direccionales de tensión de red se prohibió el 1 de septiembre de 2016 y las bombillas halógenas no direccionales siguieron el 1 de septiembre de 2018. [6] Australia prohibirá las bombillas halógenas a finales de 2021 como fecha objetivo original de septiembre de 2020 [ 7] fue rechazada para mantener la política en línea con la Unión Europea. [8] En junio de 2021, el gobierno del Reino Unido también anunció planes para poner fin a la venta de bombillas halógenas a partir de septiembre, como parte de los esfuerzos más amplios del Reino Unido para abordar el cambio climático. [9]
Ciclo de halógeno
En las lámparas incandescentes ordinarias, el tungsteno evaporado se deposita principalmente en la superficie interna de la bombilla, lo que hace que la bombilla se ennegrezca y el filamento se debilite cada vez más hasta que finalmente se rompe. La presencia del halógeno, sin embargo, establece un ciclo de reacción química reversible con este tungsteno evaporado. El ciclo de halógeno mantiene limpia la bombilla y hace que la salida de luz permanezca casi constante durante toda la vida de la bombilla. A temperaturas moderadas, el halógeno reacciona con el tungsteno que se evapora, moviéndose el haluro formado en el relleno de gas inerte. En algún momento, sin embargo, alcanzará regiones de temperatura más alta dentro del bulbo donde luego se disocia , liberando tungsteno nuevamente sobre el filamento y liberando el halógeno para repetir el proceso. Sin embargo, la temperatura general de la envoltura de la bombilla debe ser significativamente más alta que en las lámparas incandescentes convencionales para que esta reacción tenga éxito: solo a temperaturas superiores a 250 ° C (482 ° F) [10] en el interior de la envoltura de vidrio que el halógeno el vapor puede combinarse con el tungsteno y devolverlo al filamento en lugar de que el tungsteno se deposite en el vidrio. [11] Una bombilla halógena tubular de 300 vatios que funciona a máxima potencia alcanza rápidamente una temperatura de aproximadamente 540 ° C (1,004 ° F), mientras que una bombilla incandescente regular de 500 vatios funciona a solo 180 ° C (356 ° F) y una de 75 vatios. incandescente regular a solo 130 ° C (266 ° F). [12]
El bulbo debe estar hecho de sílice fundida (cuarzo) o un vidrio de alto punto de fusión (como vidrio de aluminosilicato ). Dado que el cuarzo es muy fuerte, la presión del gas puede ser más alta, [13] lo que reduce la tasa de evaporación del filamento, lo que le permite funcionar a una temperatura más alta (y por tanto una eficacia luminosa ) durante la misma vida media. El tungsteno liberado en las regiones más cálidas generalmente no se vuelve a depositar de donde vino, por lo que las partes más calientes del filamento eventualmente se adelgazan y fallan.
Las lámparas de yodo de cuarzo, que utilizan yodo elemental, fueron las primeras lámparas halógenas comerciales lanzadas por GE en 1959. [14] [15] Muy pronto, se descubrió que el bromo tenía ventajas, pero no se utilizó en forma elemental. Ciertos compuestos de bromo de hidrocarburos dieron buenos resultados. [16] [17] La regeneración del filamento también es posible con flúor, pero su reactividad química es tan grande que otras partes de la lámpara son atacadas. [16] [18] El halógeno normalmente se mezcla con un gas noble , a menudo kriptón o xenón . [19] Las primeras lámparas solo usaban tungsteno para soportes de filamentos, pero algunos diseños usan molibdeno , un ejemplo es el escudo de molibdeno en el faro de filamento doble H4 para el haz de paso asimétrico europeo.
Para una potencia y vida fijas, la eficacia luminosa de todas las lámparas incandescentes es máxima a un voltaje de diseño particular. Las lámparas halógenas fabricadas para un funcionamiento de 12 a 24 voltios tienen buenas salidas de luz y los filamentos muy compactos son particularmente beneficiosos para el control óptico (ver imagen). Las gamas de lámparas reflectoras multifacéticas "MR" de 20 a 50 vatios fueron concebidas originalmente para la proyección de películas de 8 mm , pero ahora se utilizan ampliamente para la iluminación de pantallas y en el hogar. Más recientemente, las versiones de haz más amplios han vuelto disponibles diseñado para su uso directo en tensiones de alimentación de 120 o 230 V .
Efecto del voltaje en el rendimiento
Las lámparas halógenas de tungsteno se comportan de manera similar a otras lámparas incandescentes cuando funcionan con un voltaje diferente. Sin embargo, la salida de luz se informa como proporcional a, y la eficacia luminosa proporcional a. [20] La relación normal con respecto a la vida útil es que es proporcional a. Por ejemplo, una bombilla operada a un 5% más que su voltaje de diseño produciría aproximadamente un 15% más de luz y la eficacia luminosa sería aproximadamente un 6,5% más alta, pero se esperaría que tuviera solo la mitad de la vida nominal.
Las lámparas halógenas se fabrican con suficiente halógeno para igualar la tasa de evaporación de tungsteno a su voltaje de diseño. Aumentar el voltaje aplicado aumenta la tasa de evaporación, por lo que en algún momento puede haber halógeno insuficiente y la lámpara se apaga. Por lo general, no se recomienda el funcionamiento con sobretensión. Con un voltaje reducido, la evaporación es menor y puede haber demasiado halógeno, lo que puede provocar fallas anormales. A voltajes mucho más bajos, la temperatura de la bombilla puede ser demasiado baja para soportar el ciclo de halógeno, pero en este momento la tasa de evaporación es demasiado baja para que la bombilla se ennegrezca significativamente. Si las bombillas se oscurecen, se recomienda hacer funcionar las lámparas al voltaje nominal para reiniciar el ciclo. [21] Hay muchas situaciones en las que las lámparas halógenas se atenúan con éxito. Sin embargo, es posible que la vida útil de la lámpara no se prolongue tanto como se predijo. La vida útil de la atenuación depende de la construcción de la lámpara, el aditivo halógeno utilizado y si normalmente se espera atenuación para este tipo.
Espectro
Como todas las bombillas incandescentes , una lámpara halógena produce un espectro de luz continuo, desde el ultravioleta cercano hasta el infrarrojo profundo. [22] Dado que el filamento de la lámpara puede operar a una temperatura más alta que una lámpara no halógena, el espectro se desplaza hacia el azul, produciendo luz con una temperatura de color efectiva más alta y una mayor eficiencia energética. Esto hace que las lámparas halógenas sean la única opción para la fuente de luz de consumo con un espectro de radiación de cuerpo negro similar al del Sol y más adecuado para los ojos. [ cita requerida ] Alternativamente, se pueden usar vidrios multicomponente, que tienen un bloque UV natural. Estos vidrios pertenecen a la familia de los vidrios de aluminosilicato .
Los filamentos de alta temperatura emiten algo de energía en la región UV . Se pueden mezclar pequeñas cantidades de otros elementos en el cuarzo, de modo que el cuarzo dopado (o recubrimiento óptico selectivo) bloquee la radiación ultravioleta dañina. El vidrio duro bloquea los rayos UV y se ha utilizado ampliamente para las bombillas de los faros de los automóviles. [23] Alternativamente, la lámpara halógena se puede montar dentro de una bombilla exterior, similar a una lámpara incandescente ordinaria, lo que también reduce los riesgos de la alta temperatura de la bombilla. Las lámparas halógenas de cuarzo sin dopar se utilizan en algunos instrumentos científicos, médicos y dentales como fuente de UV-B.
Seguridad
Las lámparas halógenas deben funcionar a temperaturas mucho más altas que las lámparas incandescentes normales para que funcionen correctamente. Su pequeño tamaño ayuda a concentrar el calor en una superficie envolvente más pequeña, más cercana al filamento que una incandescente sin halógeno. Debido a las temperaturas muy altas, las lámparas halógenas pueden presentar riesgos de incendio y quemaduras. En Australia, numerosos incendios domésticos cada año se atribuyen a los downlights halógenos montados en el techo. [24] [25] El Departamento de Bomberos y Servicios de Emergencia de Australia Occidental recomienda que los propietarios de viviendas consideren en su lugar el uso de lámparas fluorescentes compactas de funcionamiento más frío o lámparas de diodos emisores de luz . [26] Algunos códigos de seguridad requieren que las bombillas halógenas estén protegidas por una rejilla o rejilla, especialmente para bombillas de alta potencia (1 a 2 kW) que se usan en el teatro , o por la carcasa de vidrio y metal del artefacto, para evitar la ignición de las cortinas. u objetos inflamables en contacto con la lámpara. Para reducir la exposición involuntaria a los rayos ultravioleta (UV) y para contener los fragmentos de bulbo caliente en caso de que falle el bulbo explosivo, las lámparas de uso general suelen tener un filtro de vidrio que absorbe los rayos UV sobre o alrededor del bulbo. Alternativamente, las bombillas de las lámparas se pueden dopar o revestir para filtrar la radiación UV. Con un filtrado adecuado, una lámpara halógena expone a los usuarios a menos rayos UV que una lámpara incandescente estándar que produce el mismo nivel efectivo de iluminación sin filtrar. [ cita requerida ]
Cualquier contaminación de la superficie, especialmente el aceite de las yemas de los dedos humanos, puede dañar la envoltura de cuarzo cuando se calienta. Los contaminantes, debido a que absorben más luz y calor que el vidrio, crearán un punto caliente en la superficie de la bombilla cuando se encienda la lámpara. Este calor extremo y localizado hace que el cuarzo cambie de su forma vítrea a una forma cristalina más débil que pierde gas. Este debilitamiento también puede hacer que la bombilla forme una burbuja, debilitándola y provocando su explosión. [27]
El sobre de vidrio pequeño puede estar encerrado en un bulbo de vidrio exterior mucho más grande, lo que brinda varias ventajas si no se requiere un tamaño pequeño: [1]
- la chaqueta exterior estará a una temperatura mucho más baja, más segura, protegiendo objetos o personas que puedan tocarla
- La envoltura interior de funcionamiento en caliente está protegida contra la contaminación y la bombilla se puede manipular sin dañarla.
- los alrededores están protegidos de posibles roturas de la cápsula interior
- la chaqueta puede filtrar la radiación ultravioleta
- cuando se usa una bombilla halógena para reemplazar una bombilla incandescente normal en un accesorio, la cubierta más grande la hace mecánicamente similar a la bombilla reemplazada
Factores de forma
Las lámparas halógenas están disponibles en una serie de diferentes formas y tamaños, y se designan de acuerdo con un sistema de codificación que especifica el diámetro de la bombilla, así como si la bombilla tiene o no un reflector dicroico transparente infrarrojo incorporado . Muchas de estas lámparas tienen designaciones que comienzan con la letra "T" para indicar que son "tubulares" seguidas de un número que indica el diámetro del tubo en octavos de pulgada: una bombilla T3, luego una bombilla halógena tubular de 3 / 8 de pulgada de diámetro. [Nota 1] La designación MR significa " reflector multifacético ", y el número que sigue a este sigue correspondiendo a octavos de pulgada de diámetro de la bombilla total. [Nota 2] Si una lámpara tiene un código "G", [Nota 3] esto significará que la lámpara tiene forma de bipin y el número que sigue a la G indicará la distancia en milímetros entre los pines, generalmente 4, 6,35 o 10 ; si la G va seguida de una letra "Y", entonces los pines de la lámpara son más gruesos de lo normal; por lo tanto, un G6.35 tiene pines de 1 mm de diámetro, pero un GY6.35 tiene pines de 1,3 mm de diámetro. Si hay un código "C", esto representa el número de bobinas en el filamento. [28] La longitud de cualquier bombilla cilíndrica de dos extremos debe especificarse por separado de su código de factor de forma, generalmente en milímetros, al igual que el voltaje y la potencia de la lámpara; por lo tanto, T3 120 V 150 W 118 mm significa un tubo de dos extremos. bombilla en forma de diámetro de 3/8 de pulgada que funciona a 120 V y es de 150 W y que además mide 118 mm de largo.
Un R7S es una lámpara halógena lineal empotrada de contacto único (RSC) de doble extremo que mide 118 mm o 78 mm. Algunas longitudes menos comunes son 189 mm, 254 mm y 331 mm. Estas lámparas tienen forma de T3 sobre una base RSC / R7S. Estos también se pueden conocer como lámparas de tipo J y tipo T.
Aplicaciones
Los faros halógenos se utilizan en muchos automóviles. Los proyectores halógenos para sistemas de iluminación exterior y para embarcaciones también se fabrican para uso comercial y recreativo. Ahora también se utilizan en lámparas de escritorio.
Las lámparas halógenas de tungsteno se utilizan con frecuencia como fuente de luz de infrarrojo cercano en espectroscopia infrarroja .
Las lámparas halógenas se utilizaron en Times Square Ball desde 1999 hasta 2006. Sin embargo, a partir de 2007, las lámparas halógenas fueron reemplazadas por LED , debido a la vida útil mucho más larga, unas diez veces más para LED que incandescentes. [29] Los números de "Año Nuevo" que se iluminan cuando la bola de Times Square llega a la base utilizaron iluminación halógena por última vez para la caída de la bola de 2009. [30]
Calefacción
Las lámparas halógenas son los elementos calefactores de los hornos halógenos y las estufas cerámicas . Las matrices de lámparas halógenas de baja potencia son ampliamente utilizadas por los cuidadores de lagartos monitores. Dos o tres pequeñas lámparas halógenas pueden producir todo el calor necesario en un recinto y son reconocidas por los animales como fuentes de calor que impiden que personas curiosas intenten tocarlas. Las lentes de vidrio grueso de las lámparas halógenas son seguras de usar dentro de recintos de reptiles de alta humedad. Se utilizaron bancos de potentes lámparas halógenas tubulares para simular el calor de reentrada de vehículos espaciales. [31]
Iluminación general
Las lámparas de montaje fijo se utilizan en iluminación de inundación interior y exterior, aunque las mejoras en los sistemas LED están desplazando a las lámparas halógenas. Los focos redondos con lámparas reflectoras multifacéticas integradas se utilizan ampliamente en la iluminación residencial y comercial. Las lámparas halógenas tubulares proporcionan una gran cantidad de luz de una fuente pequeña y, por lo tanto, se pueden utilizar para producir lámparas de inundación potentes para efectos de iluminación arquitectónica o para iluminar grandes áreas al aire libre.
Las lámparas de bajo voltaje usan GU5.3 y bases de dos clavijas similares , mientras que las lámparas de voltaje de red usan las mismas tapas que las lámparas de filamento de tungsteno de red normal, o una base especial GU10 / GZ10. Las bases GU10 / GZ10 están configuradas para evitar el uso de lámparas reflectoras dicroicas en luminarias destinadas a lámparas reflectoras aluminizadas, lo que podría provocar un sobrecalentamiento de la luminaria . Las versiones LED de mayor eficiencia de todas estas lámparas ya están disponibles.
Las lámparas tubulares con contactos eléctricos en cada extremo ahora se utilizan en lámparas independientes y accesorios domésticos. Vienen en varias longitudes y potencias nominales (50–300 W). Las lámparas más potentes se utilizan como luces de trabajo portátiles, con bombillas de 250 o 500 vatios.
Iluminación de escenario
Las lámparas halógenas de tungsteno se utilizan en la mayoría de los accesorios de teatro y estudio (cine y televisión), incluidos los reflectores elipsoidales , Source Four y Fresnels . Las latas PAR también son predominantemente halógenas de tungsteno.
Especializado
Las lámparas de proyección se utilizan en proyectores de imágenes en movimiento y diapositivas para uso doméstico y en oficinas pequeñas o escolares. El tamaño compacto de la lámpara halógena permite un tamaño razonable para proyectores portátiles, aunque se deben colocar filtros absorbentes de calor entre la lámpara y la película para evitar que se derrita. Las lámparas halógenas se utilizan a veces para luces de inspección e iluminadores de platina para microscopios. Las lámparas halógenas se utilizaron para la retroiluminación LCD de pantalla plana, pero ahora se utilizan otros tipos de lámparas.
Disposición
Las lámparas halógenas no contienen mercurio. General Electric dice que sus lámparas halógenas de cuarzo no se clasificarían como desechos peligrosos. [32]
Ver también
- Conector de dos clavijas para designaciones de base GY6.35, G8, etc.
- Lámpara FEL
- Portalámparas para otras bases
- Lista de fuentes de luz
Notas
- ^ Sin embargo, una T-3, T guión 3, es una lámpara halógena de "tubo" de 3/8 de pulgada de diámetro con una base de dos clavijas en lugar de untubo cilíndrico T3 de3/8 de pulgada de diámetro. con electrodos en extremos opuestos.
- ^ Por lo tanto, un MR11 es una bombilla reflectora multifacética de 11/8 o 1 3/8 pulgadas de diámetro.
- ^ "G" significa "vidrio"
Referencias
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Enlace externo
- Medios relacionados con lámparas halógenas en Wikimedia Commons