Un manto de gas incandescente , manto de gas o manto de Welsbach es un dispositivo para generar luz blanca brillante incandescente cuando se calienta con una llama. El nombre hace referencia a su fuente de calor original en las luces de gas que iluminaban las calles de Europa y América del Norte a finales del siglo XIX. Manto se refiere a la forma en que cuelga como un manto sobre la llama. Los mantos de gas también se utilizaron en linternas portátiles para acampar , linternas a presión y algunas lámparas de aceite. [1]
Las mantas de gas generalmente se venden como una bolsa de tela que, debido a la impregnación con nitratos metálicos, se quema para dejar una malla rígida pero frágil de óxidos metálicos cuando se calienta durante el uso inicial; Estos óxidos metálicos producen luz a partir del calor de la llama siempre que se utilizan. El dióxido de torio era comúnmente un componente importante; Al ser radiactivo , ha generado preocupaciones sobre la seguridad de quienes participan en la fabricación de mantos. Sin embargo, el uso normal supone un riesgo mínimo para la salud. [ cita necesaria ]
El manto es una bolsa de tela con forma de pera , hecha de seda, seda artificial a base de ramio o rayón . Las fibras están impregnadas de sales metálicas; Cuando el manto se calienta por primera vez con una llama, las fibras se queman en segundos y las sales metálicas se convierten en óxidos sólidos, formando una capa cerámica quebradiza con la forma del tejido original. Un manto brilla intensamente en el espectro visible y emite poca radiación infrarroja . Los óxidos de tierras raras ( cerio ) y actínidos ( torio ) del manto tienen una baja emisividad en el infrarrojo (en comparación con un cuerpo negro ideal ), pero una alta emisividad en el espectro visible . También hay alguna evidencia de que la emisión se ve reforzada por la candoluminiscencia , la emisión de luz de los productos de la combustión antes de que alcancen el equilibrio térmico. [2] La combinación de estas propiedades produce un manto que, cuando se calienta con una llama de queroseno o gas licuado de petróleo , emite una radiación intensa que es principalmente luz visible, con relativamente poca energía en el infrarrojo no deseado, lo que aumenta la eficiencia luminosa.
El manto ayuda al proceso de combustión manteniendo la llama pequeña y contenida en mayores caudales de combustible que en una simple lámpara. Concentrar la combustión dentro del manto mejora la transferencia de calor de la llama al manto. El manto se encoge después de que todo el material de la tela se haya quemado durante la instalación, dejando una capa de óxido cerámico muy frágil después del primer uso.
Durante siglos, la luz artificial se ha generado mediante llamas abiertas. Limelight se inventó en la década de 1820, pero la temperatura requerida para producir luz visible solo a través de la radiación del cuerpo negro era demasiado alta para ser práctica para luces pequeñas. A finales del siglo XIX, varios inventores intentaron desarrollar una alternativa eficaz basada en calentar un material a una temperatura más baja pero utilizando la emisión de líneas espectrales discretas para simular la luz blanca.
Muchos de los primeros intentos utilizaron gasa de platino - iridio empapada en nitratos metálicos , pero no tuvieron éxito debido al alto costo de estos materiales y su poca confiabilidad. El primer manto eficaz fue la cesta Clamond en 1881, que lleva el nombre de su inventor. Este dispositivo estaba fabricado a partir de una matriz de óxido de magnesio , que no necesitaba estar sostenido por una jaula de alambre de platino, y fue expuesto en la exposición del Palacio de Cristal de 1883.
El manto de gas moderno fue uno de los muchos inventos de Carl Auer von Welsbach , un químico que estudió los elementos de tierras raras en la década de 1880 y que había sido alumno de Robert Bunsen . Ignaz Kreidl trabajó con él en sus primeros experimentos para crear el manto de Welsbach. Su primer proceso utilizó una mezcla de 60% de óxido de magnesio , 20% de óxido de lantano y 20% de óxido de itrio , a la que llamó "Actinophor" y patentó en 1887 (15 de marzo de 1887, patente estadounidense n.º 359.524). Estos mantos originales emitían una luz teñida de verde y no tuvieron mucho éxito. La primera empresa de Welsbach estableció una fábrica en Atzgersdorf en 1887, pero fracasó en 1889. En 1889, Welsbach recibió su primera patente que menciona el torio (5 de marzo de 1889, patente estadounidense nº 399.174). En 1891 perfeccionó una nueva mezcla de 99% de dióxido de torio y 1% de dióxido de cerio que emitía una luz mucho más blanca y producía un manto más fuerte. Después de introducir comercialmente este nuevo manto en 1892, se extendió rápidamente por toda Europa. La capa de gas siguió siendo una parte importante del alumbrado público hasta la introducción generalizada del alumbrado eléctrico a principios del siglo XX. [3]
Para producir un manto, el algodón se teje o teje en una bolsa de red, se impregna con nitratos solubles de los metales elegidos y luego se transporta a su destino. El usuario instala el manto y luego lo quema para quitar la bolsa de algodón y convertir los nitratos metálicos en nitritos que se fusionan para formar una malla sólida. A medida que continúa el calentamiento, los nitritos finalmente se descomponen en una frágil red de óxidos sólidos con puntos de fusión muy altos.
Los primeros mantos se vendían en condiciones de malla de algodón sin calentar, ya que la estructura de óxido posterior al calentamiento era demasiado frágil para transportarla fácilmente. El manto se convierte a su forma funcional cuando el algodón se quema en el primer uso. Al principio, las mantas no utilizadas no se podían almacenar durante mucho tiempo porque el algodón se pudría rápidamente debido a la naturaleza corrosiva de los nitratos metálicos ácidos. La corrosión ácida del metal se abordó posteriormente sumergiendo el manto en una solución de amoníaco para neutralizar el exceso de ácido.
Los mantos posteriores se fabricaron con algodón de pólvora ( nitrocelulosa ), que se puede producir con hilos extremadamente finos en comparación con los hilos de algodón comunes. Estos tuvieron que convertirse nuevamente en celulosa mediante inmersión en sulfuro de amonio antes del primer uso, ya que el algodón de pólvora es altamente inflamable y puede ser explosivo. Más tarde, se descubrió que un manto de algodón podía fortalecerse suficientemente sumergiéndolo en una solución de colodión para cubrirlo con una capa delgada que se quemaría cuando se usara el manto por primera vez.
Las repisas tienen un hilo de unión para atarlas al portalámparas. Hasta que se prohibió el amianto debido a su poder cancerígeno , se utilizaba un hilo de amianto. Las repisas modernas utilizan alambre o hilo de fibra cerámica .
El torio es radiactivo y produce el gas radiactivo radón -220 como uno de sus productos de desintegración . Además, cuando se calienta hasta la incandescencia, el torio volatiliza sus radiohijas en crecimiento , particularmente el radio -224. A pesar de su muy corta vida media, el radio se repone rápidamente a partir de su radio padre (torio-228), y cada nuevo calentamiento del manto hasta la incandescencia libera una nueva oleada de radio-224 al aire. Este subproducto puede inhalarse si el manto se usa en interiores y constituye un problema de radiotoxicidad interna por emisores alfa . Los productos de desintegración secundaria del torio incluyen radio y actinio . Debido a esto, existen preocupaciones sobre la seguridad de los mantos de torio. La Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear recomienda en su lugar mantos fabricados con itrio. [4]
Un estudio de 1981 estimó que la dosis derivada del uso de un manto de torio todos los fines de semana durante un año sería de 3 a 6 microsieverts (0,3 a 0,6 mrem ), pequeña en comparación con la dosis de radiación de fondo anual normal de alrededor de 2,4 mSv (240 mrem). aunque esto supone que el torio permanece intacto y no en el aire. Una persona que realmente ingiera un manto recibiría una dosis de 2 mSv (200 mrem). [5] [6] Sin embargo, la radiactividad es una preocupación importante para las personas involucradas en la fabricación de mantos y un problema con la contaminación del suelo alrededor de algunas antiguas fábricas. [7]
Un posible motivo de preocupación es que las partículas de los mantos de gas torio se "caen" con el tiempo y llegan al aire, donde pueden ser ingeridas en alimentos o bebidas. Estas partículas también pueden inhalarse y permanecer en los pulmones o el hígado, provocando una exposición prolongada que excede el riesgo de radiación ambiental. También es motivo de preocupación la liberación de polvo que contiene torio si el manto se rompe debido a un impacto mecánico.
Todas estas cuestiones han llevado al uso de alternativas en algunos países, normalmente itrio o a veces circonio , aunque suelen ser más caras o menos eficientes. Los problemas de seguridad fueron objeto de una demanda federal contra Coleman Company ( Wagner v. Coleman ), que inicialmente acordó colocar etiquetas de advertencia en las repisas por este motivo y posteriormente pasó a utilizar itrio. [6] [8]
En junio de 2001, la Comisión Reguladora Nuclear de EE.UU. publicó un estudio sobre la Evaluación Radiológica Sistemática de Exenciones para Materiales Primarios y Subproductos , [9] afirmando que los mantos de gas radiactivo son explícitamente legales en los EE.UU. [10]