¿Qué es una Lámpara Halógena?
Una lámpara halógenas es un tipo de lámpara incandescente que contiene trazas de elementos halógenos (por ejemplo, yodo, bromo) además de gases inertes como nitrógeno y argón.
Las lámparas halógenas emiten luz del mismo modo que las bombillas incandescentes normales, haciendo pasar la electricidad a través de un filamento situado en el interior de la bombilla. El filamento es un hilo metálico fino, en la mayoría de los casos de tungsteno, que tiene el punto de fusión más alto de todos los metales (3.422°C).
Aplicaciones de las Lámparas Halógenas
1. Iluminación
Se utilizan para la iluminación puntual de estanterías de mercancías, iluminación de focos, faros de coches, iluminación de estudios y escenarios, etc., debido a su tamaño compacto, alta luminosidad, distribución de la luz fácilmente ajustable (dispersión de la luz) y buenas propiedades de reproducción cromática (los colores son parecidos a los que se ven a la luz del sol). Sin embargo, con la difusión de las fuentes de luz LED, las posibilidades de uso en aplicaciones de iluminación están disminuyendo.
2. Proyectores
Se han utilizado como fuente de luz para retroproyectores y proyectores de diapositivas utilizados en escuelas, etc. Hoy en día, las fuentes de luz LED y láser se están imponiendo.
3. Fuentes de Luz para Análisis Espectral
Las fuentes de luz para análisis espectral se utilizan porque tienen un brillo constante en una amplia gama de longitudes de onda y poca variación de intensidad en el tiempo.
4. Calentadores
El hecho de que la mayor parte de la energía emitida sea infrarroja nos indica que las lámparas halógenas como fuentes de luz son poco eficientes pero excelentes calentadores. Por lo tanto, las lámparas halógenas tienen aplicaciones en diversas situaciones en las que se requiere un calentamiento local, como la retención del calor, el tratamiento térmico, el secado y el moldeado a alta temperatura de alimentos y materiales, además del calentamiento local en interiores y exteriores.
Principios de las Lámparas Halógenas
La temperatura del filamento en las lámparas incandescentes ordinarias es de 1.500-3.000°C, mientras que en las lámparas halógenas suele ser de 2.500-3.000°C, y las especiales alcanzan hasta 3.300°C. Como resultado, pequeñas cantidades de tungsteno se evaporan constantemente en la superficie del filamento.
Para suprimir el fenómeno de ennegrecimiento, las lámparas halógenas contienen trazas de elementos halógenos junto con gas inerte en la bombilla. De este modo, el ciclo halógeno que se produce en la lámpara evita que se produzca el fenómeno de ennegrecimiento si las condiciones, como la temperatura y los materiales, son las adecuadas.
El ciclo halógeno es un fenómeno que se produce en la siguiente secuencia
- Los átomos de tungsteno se evaporan y difunden desde el filamento caliente durante el encendido.
- El gas halógeno reacciona con el tungsteno evaporado para formar haluro de tungsteno.
- Si la pared de vidrio está lo suficientemente caliente (>170°C para el halógeno de yodo), el haluro de wolframio no se adhiere a la pared de vidrio.
- El haluro de wolframio se descompone cuando se acerca al filamento caliente y los átomos de wolframio vuelven al filamento.
El ciclo halógeno evita el desgaste del filamento y el ennegrecimiento de la pared interior del vidrio inducido por el tungsteno.
Estructura de las Lámparas Halógenas
Para conseguir el ciclo halógeno, el vidrio encapsulado debe mantenerse a una temperatura elevada. Cuando se utiliza yodo como gas halógeno, la temperatura del vidrio debe ser superior a 170°C, y cuando se utiliza bromo, la temperatura del vidrio debe ser superior a 250°C.
Por este motivo, se suele utilizar vidrio de cuarzo, que puede soportar altas temperaturas, y se emplea una lámina de molibdeno para conectar eléctricamente el interior y el exterior de la bombilla halógena, de modo que el interior permanezca hermético a altas temperaturas.
Más Información sobre las Lámparas Halógenas
1. Desventajas de las Bombillas Incandescentes
En las bombillas incandescentes normales, el ennegrecimiento se produce cuando el tungsteno evaporado se adhiere a la pared interior de cristal de la bombilla. A medida que el filamento se desgasta, la eficacia luminosa disminuye inevitablemente.
Este fenómeno de ennegrecimiento es un obstáculo que dificulta la reducción del tamaño de las bombillas incandescentes de alto consumo o el aumento de la luminosidad y la temperatura de color mediante el aumento de la temperatura del filamento.
2. Características de la Luz Emitida por las Lámparas Halógenas
El espectro luminoso emitido por las lámparas halógenas es casi idéntico al espectro de radiación del cuerpo negro, que corresponde a la temperatura del filamento. Debido a la menor temperatura del filamento en comparación con la del sol, la radiación sincrotrón casi no contiene radiación UV y su parte de luz visible tiene un componente rojo ligeramente superior, lo que da lugar a un aspecto de luz blanca cálida.
El pico de la radiación se encuentra en la región del infrarrojo cercano con longitudes de onda entre 900 y 1.000 nm, mientras que el grueso de la radiación se encuentra en la región del visible al infrarrojo cercano entre 500 y 3.000 nm.
3. Ventajas de las Lámparas Halógenas
En comparación con las lámparas incandescentes normales, la distancia entre el filamento y el cristal encapsulado puede reducirse en las lámparas halógenas. La temperatura del filamento también puede ser mayor, lo que ofrece diversas ventajas.
- Su pequeño tamaño reduce considerablemente los costes de transporte.
- No se produce ningún fenómeno de ennegrecimiento, por lo que prácticamente no se reduce la luminosidad hasta el final de la vida útil.
- Cuando se utiliza a la misma temperatura del filamento, la vida útil puede ser más del doble.
- La luminosidad puede aumentar un 30% para el mismo ajuste de vida útil.
- El uso de vidrio de cuarzo permite temperaturas superficiales de hasta aproximadamente 900 °C (el doble).
- El vidrio de cuarzo tiene una alta resistencia al choque térmico y no se rompe aunque se caliente a 900 °C y se introduzca en agua fría.
4. Ventajas de las Lámparas Halógenas
- Calor Básicamente Radiante
Adecuadas para el calentamiento rápido, ya que el 90% de la potencia consumida es luz radiante, que transfiere la energía directamente al objeto que se está calentando. - Baja Pérdida de Calor
La luz radiante llega al objeto a calentar sin verse afectada por las corrientes de aire o la temperatura del aire, y la fuente de radiación (filamento) se encuentra dentro del tubo de vidrio, por lo que no se ve afectada en gran medida por su entorno. - Puesta en Marcha Rápida
La potencia de radiación térmica alcanza el 90% de la potencia nominal en menos de un segundo tras la activación. - Alta Densidad Energética
Las lámparas halógenas de pequeño tamaño pueden mantener una densidad de calentamiento de más de 100 w/cm2, por lo que el objeto puede calentarse a más de 1500°C. - Alta Resistencia al Choque Térmico
No se dañan con el agua durante su uso. - Calentamiento de Metales
Las longitudes de onda de la luz visible a la infrarroja cercana son fácilmente absorbidas por los metales, por lo que son adecuadas para calentar metales. - Calentamiento sin Contacto
No contamina el objeto que se calienta ni el entorno circundante. También puede utilizarse para calentar muestras en una sala separada, por ejemplo, a través de una ventana de cristal. - Control Óptico
El calentamiento puntual puede llevarse a cabo con precisión en un lugar determinado utilizando un reflector o similar.