Una lámpara halógena (también llamada halógena de tungsteno , halógena de cuarzo y lámpara de yodo de cuarzo ) es una lámpara incandescente que consiste en 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 halógeno, que redeposita el tungsteno evaporado en el filamento, lo que aumenta su vida útil y mantiene 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 una bombilla de vidrio exterior mucho más grande, que tiene una temperatura más baja, protege la bombilla interior de la contaminación y hace que la bombilla sea mecánicamente más similar a una lámpara convencional. [1]
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 progresivamente en muchos lugares .
En 1882 se patentó [2] una lámpara de filamento de carbono que utilizaba cloro para evitar el oscurecimiento de la envoltura , y en 1892 se comercializaron lámparas "NoVak" rellenas de cloro. [3]
El uso de yodo se propuso en una patente de 1933 [4] , que también describía la redeposición cíclica de tungsteno sobre el filamento. En 1959, General Electric patentó [4] una lámpara práctica que utilizaba yodo. [5]
En 2009, la UE y otros países europeos comenzaron una eliminación gradual de 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. [6] Australia prohibió algunas bombillas halógenas de más de 10 W a partir de septiembre de 2021 en favor de bombillas halógenas ecológicas, [7] más tarde de la fecha prevista de septiembre de 2020 [8] para mantener la política en línea con la Unión Europea. [9] 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 . [10]
En las lámparas incandescentes comunes, 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 rompe. Sin embargo, la presencia del halógeno establece un ciclo de reacción química reversible con este tungsteno evaporado. El ciclo del halógeno mantiene limpia la bombilla 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. Sin embargo, en algún momento, alcanzará regiones de mayor temperatura dentro de la bombilla, donde se disocia , liberando tungsteno nuevamente sobre el filamento y liberando el 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) [11] 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. [12] 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). [13]
La bombilla debe estar hecha de sílice fundida (cuarzo) o de un vidrio con un punto de fusión alto (como el vidrio de aluminosilicato ). Como el cuarzo es muy resistente, la presión del gas puede ser mayor, [14] lo que reduce la velocidad de evaporación del filamento, lo que le permite funcionar a una temperatura más alta (y, por lo tanto, la eficacia luminosa ) durante la misma vida media. El tungsteno liberado en las regiones más cálidas no suele volver a depositarse en el lugar de donde procede, por lo que las partes más calientes del filamento acaban adelgazándose y fallando.
Las lámparas de yodo de cuarzo, que utilizan yodo elemental, fueron las primeras lámparas halógenas comerciales lanzadas por GE en 1959. [15] [16] Muy pronto, se descubrió que el bromo tenía ventajas, pero no se usaba en forma elemental. Ciertos compuestos de bromo de hidrocarburos dieron buenos resultados. [17] [18] La regeneración del filamento también es posible con flúor, pero su reactividad química es tan grande que ataca otras partes de la lámpara. [17] [19] El halógeno normalmente se mezcla con un gas noble , a menudo criptón o xenón . [20] Las primeras lámparas usaban solo tungsteno para los soportes del filamento, pero algunos diseños usan molibdeno ; un ejemplo es el protector de molibdeno en el faro de filamento doble H4 para el haz de cruce asimétrico europeo.
Para una potencia y una vida útil fijas, la eficacia luminosa de todas las lámparas incandescentes es máxima a un voltaje de diseño particular. Las lámparas halógenas fabricadas para funcionar entre 12 y 24 voltios tienen una buena potencia luminosa y los filamentos muy compactos son especialmente beneficiosos para el control óptico (véase la imagen). Las gamas de lámparas reflectoras multifacéticas "MR" 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 exposiciones y en el hogar. Más recientemente, se han puesto a disposición versiones de haz más ancho diseñadas para uso directo con voltajes de suministro de 120 o 230 V.
Las lámparas halógenas de tungsteno se comportan de manera similar a otras lámparas incandescentes cuando funcionan con un voltaje diferente. Sin embargo, la salida de luz se informa como proporcional a , y la eficacia luminosa proporcional a . [21] La relación normal con respecto a la vida útil es que es proporcional a . Por ejemplo, una bombilla que funciona a un voltaje un 5 % superior al de diseño produciría aproximadamente un 15 % más de luz y la eficacia luminosa sería aproximadamente un 6,5 % superior, pero se esperaría que tuviera solo la mitad de la vida útil nominal.
Las lámparas halógenas se fabrican con suficiente halógeno para igualar la tasa de evaporación del tungsteno a su voltaje de diseño. Aumentar el voltaje aplicado aumenta la tasa de evaporación, por lo que en algún momento, puede que no haya suficiente halógeno y la lámpara se vuelva negra. Por lo general, no se recomienda el funcionamiento 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 halógeno, pero en este 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. [22] Hay muchas situaciones en las que las lámparas halógenas se atenúan con éxito. Sin embargo, la vida útil de la lámpara puede no extenderse tanto como se predijo. La vida útil de la atenuación depende de la construcción de la lámpara, el aditivo halógeno utilizado y si la atenuación es normalmente esperada para este tipo.
Al igual que todas las bombillas incandescentes , una lámpara halógena produce un espectro continuo de luz, desde casi el ultravioleta hasta el infrarrojo profundo. [23] 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.
Los filamentos de alta temperatura emiten cierta energía en la región ultravioleta . Se pueden mezclar pequeñas cantidades de otros elementos en el cuarzo, de modo que el cuarzo dopado (o revestimiento óptico selectivo) bloquee la radiación ultravioleta dañina. El vidrio duro bloquea los rayos ultravioleta y se ha utilizado ampliamente para las bombillas de los faros de los automóviles. [24] Alternativamente, la lámpara halógena se puede montar dentro de una bombilla exterior, de manera similar a una lámpara incandescente común, lo que también reduce los riesgos de la alta temperatura de la bombilla. Las lámparas halógenas de cuarzo no dopado se utilizan en algunos instrumentos científicos, médicos y dentales como fuente de rayos ultravioleta B.
Las lámparas halógenas deben funcionar a temperaturas mucho más altas que las lámparas incandescentes normales para un funcionamiento adecuado. 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 peligros de incendio y quemaduras. En Australia, numerosos incendios domésticos cada año se atribuyen a las luces empotradas halógenas montadas en el techo. [25] [26] El Departamento de Bomberos y Servicios de Emergencia de Australia Occidental recomienda que los propietarios consideren en su lugar utilizar lámparas fluorescentes compactas de funcionamiento más frío o lámparas de diodos emisores de luz . [27] Las lámparas de pie halógenas Torchère han sido prohibidas en algunos lugares, como los dormitorios , debido a la gran cantidad de incendios que han provocado. La Comisión de Seguridad de Productos de Consumo de Estados Unidos los responsabilizó de 100 incendios y 10 muertes entre 1992 y 1997. [28] Las bombillas halógenas funcionan a altas temperaturas y la gran altura de las lámparas puede acercarlas a materiales inflamables , como cortinas . [29] Algunos códigos de seguridad requieren que las bombillas halógenas estén protegidas por una rejilla o rejilla, especialmente para bombillas de alta potencia (1-2 kW) utilizadas en teatros , o por la carcasa de vidrio y metal del dispositivo, para evitar la ignición de cortinas u objetos inflamables en contacto con la lámpara. Para reducir la exposición ultravioleta (UV) involuntaria y para contener fragmentos de bombillas calientes en caso de falla explosiva de la bombilla, 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 pueden estar dopadas o recubiertas 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, produciendo el mismo nivel efectivo de iluminación sin filtrado. [ cita requerida ]
Cualquier contaminación superficial, en particular el aceite de las yemas de los dedos, 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 de la bombilla 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. [30]
La pequeña envoltura de vidrio puede estar encerrada en un bulbo de vidrio exterior mucho más grande, lo que proporciona varias ventajas si no se requiere un tamaño pequeño: [1]
Las lámparas halógenas están disponibles en una serie de formas y tamaños diferentes, y se designan de acuerdo con un sistema de codificación que especifica el diámetro de la bombilla, así como si la bombilla tiene o no un reflector dicroico transparente a los infrarrojos incorporado . Muchas de estas lámparas tienen designaciones que comienzan con la letra "T" para indicar que son "tubulares", seguida de un número que indica el diámetro del tubo en octavos de pulgada: una bombilla T3, entonces, es una bombilla halógena tubular que tiene 9,5 mm ( 3 ⁄ 8 in) de diámetro. [Nota 1] La designación MR significa " Reflector multifacético ", y el número que sigue a esto todavía corresponde a octavos de pulgada de diámetro de la bombilla en general. [Nota 2] Si una lámpara tiene un código "G", [Nota 3] esto significará que la lámpara tiene forma de dos pines 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 los pines de la lámpara son más gruesos de lo normal; por lo tanto, una G6.35 tiene pines de 1 mm de diámetro, pero una GY6.35 tiene pines de 1,3 mm de diámetro. Si hay un código "C", esto representa el número de bobinas en el filamento. [31] 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, normalmente 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 doble extremo con un diámetro de 9,5 mm ( 3 ⁄ 8 in) que funciona a 120 V y tiene 150 W y que también tiene 118 mm de largo.
Una R7S es una lámpara halógena lineal de contacto único empotrado (RSC) de doble extremo, 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 T3 sobre una base RSC/R7S. También se las conoce como lámparas tipo J y tipo T.
Los faros halógenos se utilizan en muchos automóviles. También se fabrican proyectores halógenos para sistemas de iluminación exterior y para embarcaciones con fines comerciales y recreativos. Actualmente también se utilizan en lámparas de escritorio.
Las lámparas halógenas de tungsteno se utilizan con frecuencia como fuente de luz infrarroja cercana en la espectroscopia infrarroja .
Las lámparas halógenas se utilizaron en la bola de Times Square desde 1999 hasta 2006. Sin embargo, a partir de 2007, las lámparas halógenas fueron reemplazadas por LED , debido a la vida útil mucho más larga, aproximadamente diez veces más larga para los LED que las incandescentes. [32] Los números de "Año Nuevo" 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. [33]
Las lámparas halógenas son los elementos calefactores de los hornos halógenos , calentadores infrarrojos y cocinas de cerámica .
Los criadores de lagartos monitores utilizan con frecuencia conjuntos de lámparas halógenas de bajo voltaje . Dos o tres lámparas halógenas pequeñas pueden producir todo el calor necesario en un recinto y los animales las reconocen como fuentes de calor, lo que evita que los individuos curiosos intenten tocarlas. Las lentes de vidrio grueso de las lámparas halógenas 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 . [34]
Las lámparas de montaje fijo se utilizan en la iluminación de interiores y exteriores, aunque las mejoras en los sistemas LED están desplazando a las lámparas halógenas. Los focos 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 potentes lámparas de inundación para efectos de iluminación arquitectónica o para iluminar grandes áreas al aire libre.
Las lámparas de bajo voltaje utilizan casquillos GU5.3 y similares de dos clavijas , mientras que las lámparas de voltaje de red utilizan los mismos casquillos que las lámparas de filamento de tungsteno de red normales, o un casquillo GU10/GZ10 especial. Los casquillos GU10/GZ10 tienen una forma que evita que se utilicen lámparas reflectoras dicroicas en luminarias destinadas a lámparas reflectoras aluminizadas, lo que podría provocar un sobrecalentamiento de la luminaria. Actualmente se encuentran disponibles versiones LED de mayor eficiencia de todas estas lámparas.
En la actualidad, se utilizan lámparas tubulares con contactos eléctricos en cada extremo en lámparas independientes y luminarias domésticas. Se presentan en distintas longitudes y potencias nominales (50–300 W). Se utilizan lámparas más potentes como luces de trabajo portátiles, con bombillas de 250 o 500 vatios.
Las lámparas halógenas de tungsteno se utilizan en la mayoría de los equipos de iluminación de teatros y estudios (cine y televisión), incluidos los reflectores elipsoidales , Source Four y Fresnels . Las lámparas PAR también son predominantemente halógenas de tungsteno.
Las lámparas de proyección se utilizan en proyectores de películas y diapositivas para uso doméstico y en pequeñas oficinas o escuelas. El tamaño compacto de la lámpara halógena permite un tamaño razonable para proyectores portátiles, aunque se deben colocar filtros que absorban el 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 platinas de microscopios. Las lámparas halógenas se utilizaron para la retroiluminación de las primeras pantallas planas de cristal líquido (LCD) , pero se utilizan otros tipos de lámparas, como las CCFL y ahora las LED .
Las lámparas halógenas no contienen mercurio. General Electric afirma que sus lámparas halógenas de cuarzo no se clasificarían como residuos peligrosos. [35]
La industria de las lámparas halógenas emprendió voluntariamente una iniciativa para reparar alrededor de 40 millones de lámparas de pie tipo antorcha halógenas. La CPSC tiene conocimiento de 189 incendios y once muertes que se produjeron a causa de estas lámparas.
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