Lámpara halógena
Una lámpara halógena (también llamada halógena de tungsteno, halógena de cuarzo y lámpara de yodo de cuarzo) 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 un halógeno, como yodo o bromo. La combinación del gas halógeno y el filamento de tungsteno produce una reacción química de ciclo de halógeno, que vuelve a depositar el tungsteno evaporado en 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 un bulbo de vidrio exterior mucho más grande, que tiene una temperatura más baja, protege el bulbo interior de la contaminación y hace que el bulbo sea mecánicamente más similar a una lámpara convencional.
Las bombillas incandescentes estándar y halógenas son mucho menos eficientes que las lámparas LED y fluorescentes compactas y, por lo tanto, han sido o están siendo eliminadas en muchos lugares.
Historia
En 1882 se patentó una lámpara de filamento de carbono que usaba cloro para evitar el oscurecimiento de la cubierta, y "NoVak" Las lámparas se comercializaron en 1892.
El uso de yodo se propuso en una patente de 1933, que también describía la redeposición cíclica de tungsteno en el filamento. En 1959, General Electric patentó una lámpara práctica que usaba yodo.
Retiro
En 2009, la UE y otros países europeos comenzaron a eliminar gradualmente las bombillas ineficientes. La producción e importación de bombillas halógenas direccionales de voltaje de red se prohibió el 1 de septiembre de 2016 y las bombillas halógenas no direccionales siguieron el 1 de septiembre de 2018. Australia prohibió las bombillas halógenas a fines de 2021 como la fecha objetivo original de septiembre de 2020 para mantener la política en vigor. línea con la Unión Europea. 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.
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 rompa. Sin embargo, la presencia del halógeno establece un ciclo de reacción química reversible con este tungsteno evaporado. El ciclo halógeno mantiene la bombilla limpia y hace que la salida de luz permanezca casi constante durante toda la vida útil de la bombilla. A temperaturas moderadas, el halógeno reacciona con el tungsteno que se evapora, y el haluro formado se mueve en el relleno de gas inerte. En algún momento, sin embargo, alcanzará regiones de mayor temperatura dentro de la bombilla donde luego se disociará, liberando tungsteno de nuevo en el filamento y liberando al 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) en el interior de la envoltura de vidrio, el vapor de halógeno puede combinarse con el tungsteno y devolverlo al filamento en lugar de que el tungsteno se deposite en el vidrio. Una bombilla halógena tubular de 300 vatios que funciona a plena potencia alcanza rápidamente una temperatura de unos 540 °C (1004 °F), mientras que una bombilla incandescente normal de 500 vatios funciona a solo 180 °C (356 °F) y una incandescente normal de 75 vatios a solo 130 °C (266 °F).
La bombilla debe estar hecha de sílice fundida (cuarzo) o de un vidrio de alto punto de fusión (como el vidrio de aluminosilicato). Dado que el cuarzo es muy fuerte, la presión del gas puede ser mayor, lo que reduce la tasa de evaporación del filamento, lo que le permite funcionar a una temperatura más alta (y, por lo tanto, con una eficacia luminosa) durante la misma vida media. El tungsteno liberado en las regiones más calientes generalmente no se vuelve a depositar en el lugar de donde provino, 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. Muy pronto, se descubrió que el bromo tenía ventajas, pero no se usaba en forma elemental. Ciertos compuestos de bromo de hidrocarburo dieron buenos resultados. La regeneración del filamento también es posible con flúor, pero su reactividad química es tan grande que ataca otras partes de la lámpara. El halógeno normalmente se mezcla con un gas noble, a menudo criptón o xenón. Las primeras lámparas usaban solo tungsteno para soportes de filamento, pero algunos diseños usan molibdeno; un ejemplo es el escudo de molibdeno en el faro de doble filamento H4 para el haz de cruce asimétrico europeo.
Para una potencia y vida fijas, la eficacia luminosa de todas las lámparas incandescentes es mayor en un voltaje de diseño particular. Las lámparas halógenas fabricadas para operar con 12 a 24 voltios tienen una buena salida de luz, y los filamentos muy compactos son particularmente beneficiosos para el control óptico (ver imagen). los rangos del reflector polifacético "MR" Las lámparas de 20 a 50 vatios se concibieron 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, se encuentran disponibles versiones de haz más ancho diseñadas para uso directo con voltajes de suministro 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 se ejecutan en un voltaje diferente. Sin embargo, la salida de luz se reporta como proporcional a V3{displaystyle V^{3}, y la eficacia luminosa proporcional a V1.3{displaystyle V^{1.3}. La relación normal con la vida es que es proporcional a V− − 14{displaystyle V^{-14}. Por ejemplo, una bombilla operada a un 5% más alto que su voltaje de diseño produciría alrededor de 15% más luz, y la eficacia luminosa sería aproximadamente un 6,5% más alta, pero se espera que tenga sólo 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 vuelve negra. Por lo general, no se recomienda la operación con sobrevoltaje. Con un voltaje reducido, la evaporación es menor y puede haber demasiado halógeno, lo que puede provocar una falla anormal. A voltajes mucho más bajos, la temperatura de la bombilla puede ser demasiado baja para soportar el ciclo de halógeno, pero en ese momento la tasa de evaporación es demasiado baja para que la bombilla se ennegrezca significativamente. Si las bombillas se ennegrecen, se recomienda hacer funcionar las lámparas al voltaje nominal para reiniciar el ciclo. 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 había previsto. 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 continuo de luz, desde el ultravioleta cercano hasta el infrarrojo profundo. Dado que el filamento de la lámpara puede funcionar 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 como fuente de luz de consumo con un espectro de radiación de cuerpo negro similar al del Sol y más adecuado para los ojos. Alternativamente, se pueden usar vidrios de varios componentes, que tienen un filtro 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 revestimiento óptico selectivo) bloquee la dañina radiación UV. El vidrio duro bloquea los rayos UV y se ha utilizado ampliamente para las bombillas de los faros de los automóviles. Alternativamente, la lámpara halógena se puede montar dentro de una bombilla exterior, similar a una lámpara incandescente común, lo que también reduce los riesgos de la temperatura alta 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 cerca del filamento que una incandescente no halógena. 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 las luces empotradas halógenas montadas en el techo. El Departamento de Bomberos y Servicios de Emergencia de Australia Occidental recomienda que los propietarios consideren usar lámparas fluorescentes compactas que funcionen a menor temperatura o lámparas de diodos emisores de luz. Se han prohibido las antorchas halógenas en algunos lugares, como los dormitorios, debido a la gran cantidad de incendios que han provocado. La Comisión de Seguridad de Productos del Consumidor de EE. UU. los responsabilizó de 100 incendios y 10 muertes entre 1992 y 1997. Las bombillas halógenas funcionan a altas temperaturas y la gran altura de las lámparas las acerca a materiales inflamables, como cortinas. Algunos códigos de seguridad requieren que las bombillas halógenas estén protegidas por una rejilla o rejilla, especialmente para las bombillas de alta potencia (1–2 kW) que se usan en el teatro, o por la carcasa de vidrio y metal de la luminaria, para evitar la ignición de cortinas u objetos inflamables. en contacto con la lámpara. Para reducir la exposición no intencional a los rayos ultravioleta (UV) y para contener los fragmentos calientes de la bombilla en caso de que falle una bombilla explosiva, las lámparas de uso general suelen tener un filtro de vidrio que absorbe los rayos UV sobre o alrededor de la bombilla. Alternativamente, las bombillas de las lámparas se pueden dopar o recubrir 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 filtrado.
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 del foco 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.
La pequeña envoltura de vidrio se puede encerrar en un bulbo de vidrio exterior mucho más grande, lo que brinda varias ventajas si no se requiere un tamaño pequeño:
- la chaqueta exterior estará a una temperatura mucho más baja, más segura, protegiendo objetos o personas que puedan tocarla
- el sobre interior de funcionamiento caliente está protegido de la contaminación, y la bombilla puede ser manejada sin dañarlo
- los alrededores están protegidos de la posible desintegración de la cápsula interna
- la chaqueta puede filtrar la radiación UV
- cuando una bombilla halógena se utiliza para reemplazar una incandescente normal en un ajuste, la chaqueta más grande lo hace mecánicamente similar a la bombilla reemplazada
- el sobre interior y exterior puede estar a diferentes presiones, reduciendo la disipación de calor por conducción o convección para optimizar el intercambio entre eficacia luminosa y vida útil
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 y 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" seguido de un número que indica el diámetro del tubo en octavos de pulgada: una bombilla T3, luego es una bombilla halógena tubular que es de 9,5 mm (3⁄8 in) de diámetro. La designación MR significa "Reflector multifacético", y el número que le sigue aún corresponde a octavos de pulgada de diámetro de la bombilla total. Si una lámpara tiene una "G" código, 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 las clavijas de la lámpara son más gruesas de lo normal; por lo tanto, una G6.35 tiene clavijas de 1 mm de diámetro, pero una GY6.35 tiene alfileres de 1,3 mm de diámetro. Si hay una "C" código, esto representa el número de bobinas en el filamento. La longitud (a veces también denominada "altura") 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 una bombilla en forma de tubo de dos extremos con un diámetro de 9,5 mm (3⁄8 in) que opera a 120 V y es de 150 W y que también tiene 118 mm de largo.
Un R7S es una lámpara halógena lineal empotrada de contacto único (RSC) de dos extremos, que suele medir una longitud de 118 mm o 78 mm. Algunas longitudes menos comunes son 189 mm, 254 mm y 331 mm. Estas lámparas tienen forma de T3 sobre base RSC/R7S. Estas también pueden ser conocidas como lámparas 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 sobremesa.
Las lámparas de tungsteno-halógeno se utilizan con frecuencia como fuente de luz del infrarrojo cercano en la espectroscopia infrarroja.
Las lámparas halógenas se usaron en el Times Square Ball de 1999 a 2006. Sin embargo, a partir de 2007, las lámparas halógenas se reemplazaron con LED, debido a su vida útil mucho más larga, unas diez veces más larga para las LED que para las incandescentes. El 'Año Nuevo' Los números 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.
Calefacción
Las lámparas halógenas son los elementos calefactores de los hornos halógenos, los calefactores infrarrojos y las estufas de cerámica.
Las matrices de lámparas halógenas de bajo voltaje 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 los animales las reconocen como fuentes de calor que impiden que los curiosos intenten tocarlas. Lámparas halógenas' Las lentes de vidrio grueso son seguras para usar dentro de recintos de reptiles con alta humedad.
Se utilizaron bancos de potentes lámparas halógenas tubulares para simular el calor del reingreso de los vehículos espaciales.
Iluminación general
Las lámparas de montaje fijo se utilizan en la iluminación de inundación de interiores y exteriores, aunque las mejoras en los sistemas LED están desplazando a las lámparas halógenas. Los proyectores redondos con lámparas reflectoras multifacéticas incorporadas se utilizan ampliamente en la iluminación residencial y comercial. Las lámparas halógenas tubulares proporcionan una gran cantidad de luz a partir 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 bi-pin 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 diseñadas 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. Estos vienen en varias longitudes y clasificaciones de potencia (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 focos reflectores elipsoidales, Source Four y Fresnel. 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 pequeñas oficinas o escuelas. El tamaño compacto de la lámpara halógena permite un tamaño razonable para los 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 de microscopio. Las lámparas halógenas se utilizaron para la retroiluminación LCD de pantalla plana temprana, pero se utilizan otros tipos de lámparas como CCFL y ahora LED.
Eliminación
Las lámparas halógenas no contienen mercurio. General Electric dice que sus lámparas halógenas de cuarzo no se clasificarían como desechos peligrosos.
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