Señal de neón
En la industria de la señalización, los letreros de neón son letreros eléctricos iluminados por largos tubos luminosos de descarga de gas que contienen neón enrarecido u otros gases. Son el uso más común para la iluminación de neón, que Georges Claude demostró por primera vez en una forma moderna en diciembre de 1910 en el Salón del Automóvil de París. Si bien se usan en todo el mundo, los letreros de neón fueron populares en los Estados Unidos desde aproximadamente la década de 1920 a la de 1950. Las instalaciones en Times Square, muchas diseñadas originalmente por Douglas Leigh, eran famosas y en 1940 había cerca de 2000 pequeñas tiendas que producían letreros de neón.) en pantallas de plasma y televisores. La industria de la señalización ha declinado en las últimas décadas, y las ciudades ahora se preocupan por preservar y restaurar sus antiguos letreros de neón.
Se pueden formar matrices de diodos emisores de luz para simular la apariencia de lámparas de neón.
Historia
El letrero de neón es una evolución del tubo de Geissler anterior, que es un tubo de vidrio sellado que contiene un "rarificado" gas (la presión del gas en el tubo está muy por debajo de la presión atmosférica). Cuando se aplica un voltaje a los electrodos insertados a través del vidrio, se produce una descarga luminiscente eléctrica. Los tubos de Geissler fueron populares a fines del siglo XIX y los diferentes colores que emitían eran características de los gases que contenían. No eran adecuados para la iluminación general, ya que la presión del gas en el interior normalmente disminuía con el uso. El predecesor directo de la iluminación con tubos de neón fue el tubo de Moore, que utilizaba nitrógeno o dióxido de carbono como gas luminoso y un mecanismo patentado para mantener la presión. Los tubos de Moore se vendieron para iluminación comercial durante varios años a principios del siglo XX.
El descubrimiento del neón en 1898 por los científicos británicos William Ramsay y Morris W. Travers incluyó la observación de un resplandor rojo brillante en los tubos de Geissler. Travers escribió, "el resplandor de la luz carmesí del tubo contó su propia historia y fue un espectáculo para contemplar y nunca olvidar". Tras el descubrimiento del neón, los tubos de neón se utilizaron como instrumentos científicos y novedades. Un letrero creado por Perley G. Nutting y que muestra la palabra "neón" puede haberse mostrado en la Exposición de Compra de Luisiana de 1904, aunque esta afirmación ha sido disputada; en cualquier caso, la escasez de neón habría impedido el desarrollo de un producto de iluminación. Después de 1902, la compañía de Georges Claude en Francia, Air Liquide, comenzó a producir cantidades industriales de neón, esencialmente como un subproducto de su negocio de licuefacción de aire. Del 3 al 18 de diciembre de 1910, Claude exhibió dos tubos de neón rojo brillante de 12 metros (39 pies) de largo en el Salón del Automóvil de París. Esta demostración iluminó un peristilo del Grand Palais (una gran sala de exposiciones). El socio de Claude, Jacques Fonsèque, se dio cuenta de las posibilidades de un negocio basado en la señalización y la publicidad. En 1913, un gran cartel del vermut Cinzano iluminó el cielo nocturno de París, y en 1919, la entrada de la Ópera de París estaba adornada con luces de neón. Durante los años siguientes, se concedieron patentes a Claude para dos innovaciones que todavía se utilizan en la actualidad: un "bombardeo" técnica para eliminar las impurezas del gas de trabajo de una señal sellada, y un diseño de los electrodos internos de la señal que impidió su degradación por pulverización catódica.
En 1923, Georges Claude y su compañía francesa Claude Neon introdujeron los letreros de gas neón en los Estados Unidos al vender dos a un concesionario de automóviles Packard en Los Ángeles. Earle C. Anthony compró los dos letreros que decían "Packard" por $ 1,250 cada uno. La iluminación de neón se convirtió rápidamente en un accesorio popular en la publicidad exterior. Los signos, denominados "fuego líquido" – eran visibles a la luz del día; la gente se detendría y miraría.
El que puede ser el letrero de neón más antiguo que sobrevive en los Estados Unidos, todavía en uso para su propósito original, es el letrero "Teatro" (1929) en Lake Worth Playhouse en Lake Worth Beach, Florida.
La siguiente gran innovación tecnológica en iluminación y letreros de neón fue el desarrollo de revestimientos para tubos fluorescentes. Jacques Risler recibió una patente francesa en 1926 para estos. Los letreros de neón que usan una mezcla de gas argón/mercurio emiten una gran cantidad de luz ultravioleta. Cuando esta luz es absorbida por una capa fluorescente, preferiblemente dentro del tubo, la capa (llamada "fósforo") brilla con su propio color. Si bien inicialmente solo había unos pocos colores disponibles para los diseñadores de letreros, después de la Segunda Guerra Mundial, los materiales de fósforo se investigaron intensamente para su uso en televisores en color. Alrededor de dos docenas de colores estaban disponibles para los diseñadores de letreros de neón en la década de 1960, y hoy en día hay casi 100 colores disponibles.
De repente estábamos en Seattle y las luces estaban explotando alrededor de mí como cohetes el 4 de julio. Luces rojas, luces azules, luces amarillas, verdes, púrpuras, blancas, naranjas, perforaron la noche en un millón de lugares y destrozaron el pavimento negro de satinado a trillas. No había visto luces de neón antes. Se habían inventado, o al menos se habían usado en común, mientras yo estaba en las montañas y en ese corto tiempo todo el aspecto del mundo había cambiado. En lugar de pequeñas bombillas voluminosas deletreando sputteringly Café o Teatro, había largas espirales de color brillante puro. Un camarero esbozado en rojo brillante con una servilleta blanca en el brazo parpadeó y salió sobre un gran Café. Puget Sound Power y Light Company cortaron la lluvia y la oscuridad, azul brillante y alegre. Cafês, teatros, cigarros, tiendas de papelería, oficinas inmobiliarias con sus nombres de color fundido, me dio la bienvenida a la ciudad.
—Betty MacDonald, recordando 1931, Cualquiera puede hacer algo
Fabricación
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Letreros de tubo de neón son producidos por el arte de doblar tubos de vidrio en formas. Un trabajador experto en este oficio se conoce como doblador de vidrio, doblador de neón o doblador de tubos. El tubo de neón está hecho de palos rectos de vidrio hueco de 4 o 5 pies de largo vendidos por proveedores de letreros a tiendas de neón en todo el mundo, donde se ensamblan manualmente en lámparas individuales diseñadas y fabricadas a medida.
Los tubos con diámetros externos que oscilan entre 8 y 15 mm con un grosor de pared de 1 mm son los más utilizados, aunque los tubos de 6 mm ahora están disponibles comercialmente en tubos de vidrio coloreados. El tubo se calienta por tramos mediante varios tipos de quemadores que se seleccionan según la cantidad de vidrio a calentar por cada curva. Estos quemadores incluyen cintas, cañones o fuegos cruzados, así como una variedad de sopletes de gas. Los quemadores de cinta son tiras de fuego que hacen las curvas graduales, mientras que los fuegos cruzados se usan para hacer curvas pronunciadas.
El interior de los tubos se puede recubrir con una fina capa de polvo fosforescente, adherida a la pared interior del tubo mediante un material aglutinante. El tubo se llena con una mezcla de gas purificado y el gas se ioniza mediante un alto voltaje aplicado entre los extremos del tubo sellado a través de cátodos fríos soldados en los extremos. El color de la luz emitida por el tubo puede ser solo el del gas o la luz de la capa de fósforo. Se pueden soldar a tope diferentes secciones de tubería recubiertas de fósforo con sopletes para trabajar vidrio para formar un solo tubo de diferentes colores, para efectos tales como un letrero donde cada letra muestra una letra de color diferente dentro de una sola palabra.
"Neón" se utiliza para denotar el tipo general de lámpara, pero el gas neón es solo uno de los tipos de gases de tubo que se utilizan principalmente en aplicaciones comerciales. El gas de neón puro se usa para producir solo alrededor de un tercio de los colores (principalmente tonos de rojo y naranja, y algunos tonos de rosa más cálidos o intensos). La mayor cantidad de colores (incluidos todos los tonos de azul, amarillo, verde, violeta y blanco, así como algunos tonos de rosa más fríos o más suaves) producidos al llenarse con otro gas inerte, argón y una gota de mercurio (Hg) que se añade al tubo inmediatamente después de la purificación. Cuando el tubo se ioniza por electrificación, el mercurio se evapora en vapor de mercurio, que llena el tubo y produce una fuerte luz ultravioleta. La luz ultravioleta así producida excita los diversos recubrimientos de fósforo diseñados para producir diferentes colores. A pesar de que esta clase de tubos de neón no usan neón en absoluto, aún se denominan "neón". Las lámparas que contienen mercurio son un tipo de lámparas fluorescentes de cátodo frío.
Cada tipo de tubo de neón produce dos colores posibles diferentes, uno con gas de neón y el otro con argón/mercurio. Algo de "neón" los tubos están hechos sin recubrimientos de fósforo para algunos de los colores. Los tubos transparentes llenos de gas neón producen el omnipresente color naranja amarillento con la columna de plasma interior claramente visible, y es el tubo más barato y sencillo de fabricar. Los vidrios de neón tradicionales en Estados Unidos que tienen más de 20 años son vidrios de plomo que son fáciles de ablandar en incendios de gas, pero las recientes preocupaciones ambientales y de salud de los trabajadores han llevado a los fabricantes a buscar fórmulas especiales de vidrio blando más seguras para el medio ambiente. Uno de los problemas molestos que se evitan de esta manera es el vidrio de plomo. tendencia a quemarse en un punto negro emitiendo humos de plomo en una llama curva demasiado rica en la mezcla de combustible/oxígeno. Otra línea tradicional de vasos eran los vasos de cal sodada de colores que venían en una miríada de opciones de colores de vidrio, que producen la más alta calidad, los tonos más hipnóticamente vibrantes y saturados. Todavía se ofrecen más opciones de color, ya sea recubriendo o sin recubrir, estos vidrios de colores con los diversos fósforos exóticos disponibles.
Larga vida útil
Una amplia gama de colores y la capacidad de hacer un tubo que puede durar años o décadas sin reemplazo contribuye a la larga vida útil de estas bombillas. Dado que estos tubos requieren mucha mano de obra personalizada, tendrían muy poca viabilidad económica si no tuvieran una vida útil tan larga cuando están bien procesados. La intensidad de la luz de neón producida aumenta a medida que el diámetro del tubo se hace más pequeño, es decir, la intensidad varía inversamente con la raíz cuadrada del diámetro interior del tubo, y la resistencia del tubo aumenta a medida que el diámetro del tubo disminuye, debido a la ionización del tubo. es mayor en el centro del tubo, y los iones migran y son recapturados y neutralizados en las paredes del tubo. La principal causa de la falla del tubo de neón es la absorción gradual del gas de neón por la implantación de iones de alto voltaje en las paredes interiores de vidrio de los tubos, lo que agota el gas y eventualmente hace que la resistencia del tubo aumente a un nivel en el que ya no puede encenderse. el voltaje nominal, pero esto puede llevar más de 50 años si el tubo se procesa correctamente durante el bombardeo y el relleno de gas.
Esta larga vida útil ha creado un mercado práctico para el uso del neón en la iluminación de calas arquitectónicas interiores en una amplia variedad de usos, incluidos los hogares, donde el tubo se puede doblar en cualquier forma, encajar en un espacio pequeño y puede hacerlo sin necesidad de reemplazo del tubo por una década o más.
Curvado de tubos
Una sección del vidrio se calienta hasta que sea maleable; luego se dobla en forma y se alinea con un papel de patrón de letrero de neón que contiene los gráficos o las letras a las que se ajustará el producto final. Un doblador de tubos tapa el tubo hueco antes de calentarlo y sostiene una manguera de goma de látex en el otro extremo, a través de la cual presiona suavemente una pequeña cantidad de aire para mantener constante el diámetro del tubo mientras se dobla. El truco de doblar es doblar una sección pequeña o doblar a la vez, calentando una parte del tubo para que sea suave, sin calentar también otra parte del tubo, lo que haría que la curvatura fuera incontrolable. Una curva, una vez que el vidrio se calienta, debe llevarse al patrón y ajustarse rápidamente antes de que el vidrio se endurezca nuevamente, porque es difícil recalentarlo una vez que se ha enfriado por completo sin riesgo de rotura. Con frecuencia es necesario saltarse una o más curvas y volver a ella más tarde, midiendo cuidadosamente a lo largo del tubo. Una letra de tubo puede contener de 7 a 10 curvas pequeñas, y los errores no se corrigen fácilmente sin volver atrás y comenzar de nuevo. Si se requiere más tubería, se suelda otra pieza, o las partes se pueden soldar entre sí en el paso final. El tubo terminado debe estar hermético al vacío y limpio por dentro para poder operar. Una vez que el tubo está lleno de mercurio, si se comete algún error después de eso, todo el tubo debe volver a empezar, porque respirar vidrio calentado impregnado de mercurio y fósforo causa envenenamiento por metales pesados a largo plazo en los trabajadores de neón. Se unen tramos de tubería hasta que el tubo alcanza un tamaño poco práctico y se unen varios tubos en serie con el transformador de neón de alto voltaje. Los extremos del circuito eléctrico deben estar aislados entre sí para evitar la perforación del tubo y el zumbido del efecto corona.
Bombardeo
Se funde (o suelda) un electrodo de cátodo frío en cada extremo del tubo a medida que se termina. Los electrodos huecos también son tradicionalmente de vidrio emplomado y contienen una pequeña carcasa de metal con dos cables que sobresalen del vidrio al que luego se conectará el cableado de la señal. Todas las soldaduras y sellos deben ser a prueba de fugas en alto vacío antes de continuar.
El tubo se conecta a un colector que luego se conecta a una bomba de vacío de alta calidad. Luego se vacía el aire del tubo hasta que alcanza un nivel de vacío de unos pocos torr. La evacuación se detiene y se fuerza una alta corriente a través del aire a baja presión en el tubo a través de los electrodos (en un proceso conocido como "bombardeo"). Esta corriente y voltaje está muy por encima del nivel que ocurre en la operación final del tubo. La corriente depende de los electrodos específicos utilizados y del diámetro del tubo, pero por lo general está en el rango de 150 mA a 1500 mA, comenzando bajo y aumentando hacia el final del proceso para garantizar que los electrodos se calienten adecuadamente sin derretir el tubo de vidrio. La corriente de bombardeo es proporcionada por un gran transformador con un voltaje de circuito abierto de aproximadamente 15 000 VCA a 23 000 VCA. El transformador de bombardeo actúa como una fuente de corriente constante ajustable y el voltaje real durante la operación depende de la longitud y la presión del tubo. Por lo general, el operador mantendrá la presión tan alta como lo permita el bombardero para garantizar la máxima disipación de energía y calentamiento. Los transformadores de bombardeo pueden fabricarse especialmente para este uso, o pueden ser transformadores de distribución de servicios eléctricos reutilizados (el tipo que se ve montado en postes de servicios públicos) operados al revés para producir una salida de alto voltaje.
Esta disipación de potencia muy alta en el tubo calienta las paredes de vidrio a una temperatura de varios cientos de grados centígrados, y la bomba de vacío extrae la suciedad y las impurezas del interior en forma gasificada. Las mayores impurezas que se expulsan de esta manera son los gases que recubren la pared interior de la tubería por adsorción, principalmente oxígeno, dióxido de carbono y especialmente vapor de agua. La corriente también calienta el metal del electrodo a más de 600 °C, produciendo un color incandescente naranja brillante. Los cátodos son carcasas metálicas huecas prefabricadas con una pequeña abertura (a veces una abertura en forma de rosquilla de cerámica) que contiene en la superficie interior de la carcasa una ligera capa de polvo de baja función de trabajo de cátodo frío (generalmente una mezcla de punto eutéctico molar de cerámica en polvo que incluye BaCO2), combinado con otros óxidos alcalinotérreos, que se reduce a BaO2 cuando se calienta a aproximadamente 500 grados F, y reduce la función de trabajo del electrodo para emisión catódica. El óxido de bario tiene una función de trabajo de aproximadamente 2 eV, mientras que el tungsteno a temperatura ambiente tiene un trabajo de 4,0 eV. Esto representa la caída del cátodo o la energía de los electrones necesaria para eliminar los electrones de la superficie del cátodo. Esto evita la necesidad de utilizar un cátodo termoeléctrico de hilo caliente como el que se utiliza en las lámparas fluorescentes convencionales. Y por esa razón, los tubos de neón tienen una vida extremadamente larga cuando se procesan adecuadamente, en contraste con los tubos fluorescentes, porque no hay un filamento de alambre como el que hay en un tubo fluorescente que se quema como una bombilla común. El propósito principal de hacer esto es purificar el interior del tubo antes de que se selle el tubo para que cuando se opere, estos gases e impurezas no sean expulsados y liberados por el plasma y el calor. generado en el tubo sellado, que quemaría rápidamente los cátodos de metal y las gotas de mercurio (si se bombea con argón/mercurio) y oxidaría los gases del interior y causaría la falla inmediata del tubo. Cuanto más completa sea la purificación del tubo, más duradero y estable será el tubo en funcionamiento real. Una vez que estos gases e impurezas se liberan bajo el bombardeo de prellenado en el interior del tubo, la bomba los evacua rápidamente.
Mientras aún está conectado al colector, se permite que el tubo se enfríe mientras se bombea hasta la presión más baja que el sistema puede alcanzar. Luego se llena a una presión baja de unos pocos torrs (milímetros de mercurio) con uno de los gases nobles, o una mezcla de ellos, ya veces con una pequeña cantidad de mercurio. Esta presión de llenado de gas representa aproximadamente 1/100 de la presión de la atmósfera. La presión requerida depende del gas utilizado y del diámetro del tubo, con valores óptimos que van desde 6 Torr (0,8 kPa) (para un tubo largo de 20 mm lleno de argón/mercurio) hasta 27 Torr (3,6 kPa) (para un tubo corto). Tubo de 8 mm de diámetro relleno de neón puro). El neón o el argón son los gases más comunes utilizados; Los artistas utilizan criptón, xenón y helio para fines especiales, pero no se utilizan solos en los signos normales. A menudo se usa una combinación premezclada de argón y helio en lugar de argón puro cuando se va a instalar un tubo en un clima frío, ya que el helio aumenta la caída de voltaje (y, por lo tanto, la disipación de energía), calentando el tubo a la temperatura de funcionamiento más rápido. El neón brilla en rojo brillante o naranja rojizo cuando está encendido. Cuando se usa argón o argón/helio, se agrega una pequeña gota de mercurio. El argón en sí mismo es lavanda pálido muy tenue cuando se enciende, pero la gota de mercurio llena el tubo con vapor de mercurio cuando se sella, que luego emite luz ultravioleta al electrificarse. Esta emisión ultravioleta permite que los tubos de argón/mercurio terminados brillen con una variedad de colores brillantes cuando el interior del tubo ha sido revestido con fósforos sensibles a los rayos ultravioleta después de haber sido doblado para darle forma.
Tubos de neón procesados térmicamente
También se ha utilizado una forma alternativa de procesar tubos de neón terminados. Debido a que el único propósito del bombardeo por medios eléctricos es purificar el interior de los tubos, también es posible producir un tubo calentando el tubo externamente con una antorcha o con un horno, mientras se calienta el electrodo con un calentamiento por inducción de radiofrecuencia (RFIH) bobina. Si bien esto es menos productivo, crea un tubo personalizado más limpio con mucho menos daño en el cátodo, mayor vida útil y brillo, y puede producir tubos de tamaños y diámetros muy pequeños, de hasta 6 mm de DE. El tubo se calienta a fondo bajo alto vacío sin aplicación eléctrica externa, hasta que se puede ver que los gases desgasificados se han agotado por completo y la presión vuelve a caer a alto vacío. Luego se llena el tubo, se sella y se deja caer el mercurio y se agita.
Cableado eléctrico
Las piezas de vidrio terminadas se iluminan con un transformador de letrero de neón o una fuente de alimentación conmutada, que normalmente funciona con voltajes que oscilan entre 2 y 15 kV y corrientes entre 18 y 30 mA (corrientes más altas disponibles bajo pedido especial). Las fuentes de alimentación funcionan como fuentes de corriente constante (una fuente de alto voltaje con una impedancia interna muy alta), ya que el tubo tiene una impedancia eléctrica característica negativa. Todavía se utilizan tablas de tubos estándar establecidas en los primeros días del neón que especifican las presiones de llenado de gas, ya sea en Ne o Hg/Ar, en función de la longitud del tubo en pies, el diámetro del tubo y el voltaje del transformador.
El transformador de neón tradicional estándar, un transformador de derivación magnética, es un tipo especial no lineal diseñado para mantener el voltaje a través del tubo elevado al nivel necesario para producir la corriente fija necesaria. La caída de tensión de un tubo es proporcional a la longitud, por lo que la tensión máxima y la longitud de la tubería alimentada desde un transformador determinado están limitadas. Generalmente, el voltaje cargado cae a alrededor de 800 VAC a plena corriente. La corriente de cortocircuito es aproximadamente la misma.
Los transformadores convertidores-inversores compactos de alta frecuencia desarrollados a principios de la década de 1990 se utilizan, especialmente cuando se necesita una interferencia de radiofrecuencia (RFI) baja, como en ubicaciones cercanas a equipos de sonido de alta fidelidad. A la frecuencia típica de estos transformadores de estado sólido, el tiempo de recombinación de iones de electrones de plasma es demasiado largo para extinguir y volver a encender el plasma en cada ciclo, a diferencia del caso a la frecuencia de la línea de alimentación. El plasma no emite ruido de conmutación de alta frecuencia y permanece ionizado continuamente, por lo que no genera ruido de radio.
La clasificación de corriente más común es de 30 mA para uso general, con 60 mA para aplicaciones de alto brillo como letras de canal o iluminación arquitectónica. Las fuentes de 120 mA se ven ocasionalmente en aplicaciones de iluminación, pero son poco comunes ya que se requieren electrodos especiales para resistir la corriente, y es mucho más probable que una descarga accidental de un transformador de 120 mA sea fatal que de los suministros de corriente más bajos.
La eficiencia de la iluminación de neón oscila entre la de las luces incandescentes ordinarias y la de las lámparas fluorescentes, según el color. Por vatio, las incandescentes producen de 10 a 20 lúmenes, mientras que las fluorescentes producen de 50 a 100 lúmenes. La eficiencia de la luz de neón varía de 10 lúmenes por vatio para el rojo, hasta 60 lúmenes para el verde y el azul cuando estos colores son el resultado de recubrimientos de fósforo internos.
Bloqueo y revestimiento
Se puede usar una pintura de vidrio negra o gris especial muy opaca para "oscurecer" partes de un tubo, como entre las letras de una palabra.
En la mayoría de los letreros de bajo precio producidos en masa hoy en día, los tubos de vidrio transparente se recubren con pintura translúcida para producir luz de color. De esta manera, se pueden producir varios colores diferentes a bajo costo a partir de un solo tubo incandescente. Con el tiempo, las temperaturas elevadas, los ciclos térmicos o la exposición a la intemperie pueden hacer que la capa de color se desprenda del vidrio o cambie su tono. Una alternativa más costosa es usar tubos de vidrio coloreados de alta calidad, que conservan una apariencia más estable a medida que envejece.
Aplicaciones
Los tubos emisores de luz forman líneas de colores con las que se puede escribir un texto o dibujar una imagen, incluidas diversas decoraciones, especialmente en publicidad y señalización comercial. Mediante la programación de secuencias de encendido y apagado de piezas, hay muchas posibilidades de patrones de luz dinámicos que forman imágenes animadas.
En algunas aplicaciones, los tubos de neón se reemplazan cada vez más por LED, dado el avance constante en la luminosidad de los LED y la disminución del costo de los LED de alto brillo. Sin embargo, los defensores de la tecnología de neón sostienen que todavía tienen ventajas significativas sobre los LED.
La iluminación de neón es valiosa para invocar la nostalgia de los años 40 o 50 en el marketing y en la restauración histórica de hitos arquitectónicos de la era del neón. La arquitectura en la era moderna aerodinámica a menudo usaba neón para acentuar el vidrio estructural pigmentado incorporado en la fachada de una estructura de los años 30 o 40; muchos de estos edificios ahora califican para su inclusión en registros históricos como el Registro Nacional de Lugares Históricos de EE. UU. si se mantiene fielmente su integridad histórica.
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