La lámpara de azufre (también llamada lámpara de azufre ) es un sistema de iluminación sin electrodos de espectro completo altamente eficiente cuya luz se genera mediante plasma de azufre que ha sido excitado por radiación de microondas . Se trata de un tipo particular de lámpara de plasma y una de las más modernas. La tecnología se desarrolló a principios de la década de 1990 y parecía prometedora, pero no fue un éxito comercial a finales de esa década. Desde 2005, se están fabricando nuevamente lámparas para uso comercial.
La lámpara de azufre consiste en una bombilla de cuarzo fundido del tamaño de una pelota de golf (30 mm) que contiene varios miligramos de azufre en polvo y gas argón en el extremo de un fino eje de vidrio. La bombilla está encerrada en una jaula de malla de alambre resonante de microondas . Un magnetrón , muy parecido a los de los hornos microondas domésticos , bombardea la bombilla, a través de una guía de ondas , con microondas de 2,45 GHz . La energía de las microondas excita el gas a cinco atmósferas de presión, lo que a su vez calienta el azufre a un grado extremo formando un plasma brillante capaz de iluminar un área grande. Debido a que la bombilla se calienta considerablemente, puede ser necesario proporcionar refrigeración por aire forzado para evitar que se derrita. La bombilla suele colocarse en el foco de un reflector parabólico para dirigir toda la luz en una dirección.
Sería imposible excitar el azufre utilizando electrodos tradicionales , ya que reaccionaría rápidamente con cualquier electrodo metálico y lo destruiría . En el apartado Perspectivas futuras, se analiza una patente pendiente para emplear electrodos revestidos. La ausencia de electrodos permite utilizar una variedad mucho mayor de sustancias generadoras de luz que las que se utilizan en las lámparas tradicionales.
La vida útil de la bombilla es de aproximadamente 60.000 horas. La vida útil del magnetrón ha sido mejorada por Plasma International, con sede en Alemania/Inglaterra, para que pueda durar el mismo período.
El tiempo de calentamiento de la lámpara de azufre es notablemente más corto que el de otras lámparas de descarga de gas, con excepción de las lámparas fluorescentes , incluso a bajas temperaturas ambiente. Alcanza el 80% de su flujo luminoso final en 20 segundos y la lámpara puede reiniciarse aproximadamente cinco minutos después de un corte de energía.
Las primeras lámparas prototipo eran unidades de 5,9 kW, con una eficiencia del sistema de 80 lúmenes por vatio . [1] Los primeros modelos de producción tenían 96,4 lúmenes por vatio. Los modelos posteriores pudieron eliminar el ventilador de refrigeración y mejorar la eficacia luminosa a 100 lúmenes por vatio. [2]
En comparación, existen chips LED rentables disponibles comercialmente con una eficacia de alrededor de 160 lúmenes por vatio (2023), con una depreciación típica de la salida de luz del 10 % después de 50 000 horas, dependiendo del entorno operativo.
El plasma de azufre está constituido principalmente por moléculas de dímeros ( S2 ), que generan la luz mediante emisión molecular . A diferencia de la emisión atómica , el espectro de emisión es continuo en todo el espectro visible . Hasta un 73% de la radiación emitida se encuentra en el espectro visible, con una pequeña cantidad en energía infrarroja y menos del 1% en luz ultravioleta .
La salida espectral alcanza un máximo de 510 nanómetros, lo que le da a la luz un tono verdoso. La temperatura de color correlacionada es de aproximadamente 6000 kelvin con un IRC de 79. La lámpara se puede atenuar al 15 % sin afectar la calidad de la luz.
Se puede utilizar un filtro magenta para dar a la luz una sensación más cálida. Este filtro se utilizó en las lámparas del Museo Nacional del Aire y el Espacio de Washington, DC [3]
La adición de otros productos químicos a la bombilla podría mejorar la reproducción cromática. Las bombillas de azufre con bromuro de calcio (CaBr 2 ) añadido producen un espectro similar más un pico en las longitudes de onda del rojo a 625 nm. [4] Se pueden utilizar otros aditivos como el yoduro de litio (LiI) y el yoduro de sodio (NaI) para modificar los espectros de salida. [5] [6] [7]
La tecnología fue concebida por el ingeniero Michael Ury, el físico Charles Wood y sus colegas en 1990. Con el apoyo del Departamento de Energía de los Estados Unidos , fue desarrollada en 1994 por Fusion Lighting de Rockville, Maryland , una escisión de la división Fusion UV de Fusion Systems Corporation. Sus orígenes están en las fuentes de luz de descarga de microondas utilizadas para el curado ultravioleta en las industrias de semiconductores y de impresión. La división Fusion UV fue vendida posteriormente a Spectris plc , y el resto de Fusion Systems fue adquirido posteriormente por Eaton Corporation .
Sólo se desarrollaron dos modelos de producción, ambos con especificaciones similares: el Solar 1000 en 1994 y el Light Drive 1000 en 1997, que era un refinamiento del modelo anterior.
La producción de estas lámparas finalizó en 1998. [8] Fusion Lighting cerró su sede de Rockville, Maryland, a principios de 2002 y febrero de 2003, después de haber invertido aproximadamente 90 millones de dólares en capital de riesgo . [9] Sus patentes fueron licenciadas al Grupo LG . Internet Archive tiene una copia del sitio web inactivo de Fusion Lighting. Sus lámparas se instalaron en más de cien instalaciones en todo el mundo, pero muchas de ellas ya han sido retiradas.
En 2001, Ningbo Youhe New Lighting Source Co., Ltd, de Ningbo ( China) , produjo su propia versión de lámpara de azufre. El sitio web de la empresa ya no está en línea y es posible que haya dejado de operar, pero la información sobre estas lámparas está disponible en su copia archivada en Internet Archive.
En 2006, LG Electronics inició la producción de sus lámparas de azufre, llamadas Plasma Lighting System (PLS).
Las lámparas de azufre fueron fabricadas en la década de 2010 por Hive Lighting con el nombre de Wasp 1000. Se pueden identificar por la malla que rodea la bombilla de vidrio. Posteriormente se dejaron de fabricar.
Los magnetrones de estas lámparas pueden causar interferencias electromagnéticas en el espectro inalámbrico de 2,4 GHz , que utilizan Wi-Fi , teléfonos inalámbricos y radio satelital en América del Norte . Por temor a interferencias con sus transmisiones, las radios satelitales Sirius y XM solicitaron a la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) que obligara a Fusion Lighting a reducir las emisiones electromagnéticas de sus lámparas en un 99,9%. En 2001, Fusion Lighting acordó instalar un blindaje metálico alrededor de sus lámparas para reducir las emisiones electromagnéticas en un 95%.
En mayo de 2003, la FCC dio por finalizado el procedimiento que habría definido los límites de emisión fuera de banda para las luces de radiofrecuencia que funcionan a 2,45 GHz, argumentando que el registro del procedimiento había quedado obsoleto y que Fusion Lighting había dejado de trabajar en dichas lámparas. [10] La orden concluía:
Por lo tanto, rechazamos brindar la exención solicitada a los titulares de licencias de radio satelital para prohibir el funcionamiento de todas las luces de RF en la banda de 2,45 GHz, ya que consideramos que la prohibición solicitada es general y no está justificada en función de las circunstancias. Si hay evidencia de que alguna entidad intentará operar luces de RF en la banda de 2,45 GHz y causar interferencias perjudiciales a los receptores de radio satelital como consecuencia, y nuestros límites existentes resultan inadecuados, en ese momento tomaremos las medidas adecuadas.
A diferencia de las lámparas fluorescentes y de descarga de alta intensidad , las lámparas de azufre no contienen mercurio . Por lo tanto, no representan una amenaza para el medio ambiente ni requieren una eliminación especial. [1] Además, el uso de lámparas de azufre tiene el potencial de reducir la cantidad total de energía necesaria para la iluminación.
Como las lámparas de azufre que se fabrican actualmente tienen una gran potencia, a menudo es necesario distribuir la luz a zonas alejadas de la lámpara. Esto se puede lograr utilizando tubos de luz como conductos.
El tubo de luz 3M es un cilindro hueco, largo y transparente con una superficie prismática desarrollado por 3M que distribuye la luz de manera uniforme a lo largo de su longitud. [11] Los tubos de luz pueden tener una longitud de hasta 40 metros (130 pies) y se ensamblan en el sitio a partir de unidades modulares más cortas. El tubo de luz se fija al reflector parabólico de la lámpara de azufre. Para los tubos más cortos, habrá un espejo en el extremo opuesto; para los más largos, habrá una lámpara en cada extremo. La apariencia general de un tubo de luz se ha comparado con la de un tubo fluorescente de tamaño gigante . Una lámpara de azufre con un tubo de luz puede reemplazar docenas de lámparas HID . En el Museo Nacional del Aire y el Espacio , tres lámparas, cada una con un tubo de 27 metros (89 pies), reemplazaron 94 lámparas HID al tiempo que aumentaron en gran medida la cantidad de luz suministrada. [3]
Una cantidad reducida de lámparas individuales puede simplificar el mantenimiento y reducir los costos de instalación, pero también puede requerir un sistema de respaldo para áreas donde la iluminación es fundamental. Los conductos de luz permiten colocar la lámpara en un área de fácil acceso para realizar el mantenimiento y lejos de lugares donde el calor de la lámpara pueda ser un problema.
Un reflector secundario es una estructura con una superficie espejada colocada directamente en el camino del haz de luz cuando sale del reflector primario parabólico de la lámpara. Un reflector secundario puede tener una geometría compleja que le permite dividir la luz y dirigirla hacia donde se desea. Puede resaltar un objeto o distribuir la luz para una iluminación general.
En el aeropuerto de Sundsvall-Härnösand , cerca de Sundsvall (Suecia) , la iluminación del aeródromo se realiza mediante lámparas de azufre montadas en torres de 30 metros de altura. Las lámparas están orientadas hacia arriba y proyectan su luz sobre reflectores secundarios con forma de ala que difunden la luz y la dirigen hacia abajo. De esta manera, una lámpara puede iluminar un área de 30 por 80 metros (100 por 260 pies).
En la sede de DONG Energy , una empresa energética de Dinamarca, una única lámpara de azufre dirige su luz hacia numerosos reflectores y difusores especulares para iluminar el vestíbulo de entrada, así como varias esculturas en el exterior del edificio.
En la entrada del Hospital Universitario de Lund ( Suecia) , los reflectores secundarios del techo están revestidos con películas altamente reflectantes, pero con una forma que evita cualquier deslumbramiento. Además, como estas películas tienen una estructura superficial microprismática que divide los haces, el riesgo de problemas de deslumbramiento se reduce aún más. El hecho de que los reflectores alejen la fuente de luz del ojo de cualquier persona que los mire contribuye a eliminar aún más los problemas de deslumbramiento. [12]
Las luminarias indirectas dirigen la mayor parte de su flujo luminoso hacia arriba, hacia el techo. Un techo altamente reflectante puede servir como fuente secundaria de iluminación difusa, de baja luminancia y alta calidad visual para espacios interiores. Las principales ventajas de la iluminación indirecta son la oportunidad de reducir significativamente el potencial de deslumbramiento indirecto y eliminar la visión directa de la fuente. [13]
En el edificio de la sede del Distrito de Servicios Públicos Municipales de Sacramento (SMUD), se instalaron dos lámparas de azufre en la parte superior de los quioscos independientes . El techo de 4,2 metros (13 pies 9 pulgadas) de alto se renovó con placas acústicas blancas de alta reflectancia (90%) . Las lámparas dirigen su luz hacia arriba y se refleja en el techo, lo que proporciona una luz indirecta. Se pueden crear patrones de haz estrecho, medio o ancho eligiendo varios elementos reflectores. [14]
Los conductos de luz no serían necesarios en aplicaciones como la iluminación de estadios , donde se puede montar una luminaria simple lo suficientemente alta para que la luz se extienda por un área grande. La instalación en la Base de la Fuerza Aérea Hill contiene lámparas con conductos de luz, así como luminarias empotradas montadas en lo alto de un hangar de aviones .
Se han estudiado las fibras ópticas como sistema de distribución para lámparas de azufre, pero nunca se ha comercializado ningún sistema práctico. [15]
Las lámparas de azufre se pueden utilizar como fuentes de luz en instrumentos científicos.
El desarrollo de una fuente de microondas asequible, eficiente y de larga duración es un obstáculo tecnológico para la reducción de costos y el éxito comercial. Los prototipos de lámpara solo estaban disponibles en altos voltajes (1000+ W), lo que impidió su adopción en aplicaciones donde las demandas de salida de luz no eran grandes. La lámpara de azufre tiene problemas con la vida útil del magnetrón y el motor que gira la bombilla y el ruido del ventilador de enfriamiento. Debido a que la mayoría de las lámparas de azufre tienen partes móviles, la confiabilidad sigue siendo un problema crítico y el mantenimiento del sistema puede impedir la adopción en el mercado, sin embargo, las lámparas de diseño más nuevo que ya no requieren enfriamiento activo están disponibles comercialmente. [2] Los investigadores han tenido cierto éxito en eliminar la necesidad de girar la bombilla mediante el uso de microondas polarizadas circularmente para hacer girar la descarga de plasma. [16] [17] Otros experimentos han utilizado yoduro de sodio , yoduro de escandio , monobromuro de indio (InBr), [18] [19] o telurio [20] como medio generador de luz.
Muchas de las instalaciones de las lámparas se realizaron únicamente con fines de prueba, pero aún quedan algunos sitios donde se utilizan como fuente principal de iluminación. Tal vez el más visible de ellos sea el atrio de vidrio del Museo Nacional del Aire y el Espacio .
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