Una manta de gas incandescente , manta de gas o manta 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 lámparas de gas que iluminaban las calles de Europa y América del Norte a fines del siglo XIX. La palabra manta hace referencia a la forma en que cuelga como una capa sobre la llama. Las mantas de gas también se usaban en linternas de campamento portátiles , linternas de presión y algunas lámparas de aceite. [1]
Los mantos de gas se venden generalmente como una bolsa de tela que, debido a la impregnación con nitratos metálicos, se quema y deja 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 cada vez que se utilizan. El dióxido de torio era comúnmente un componente principal; al ser radiactivo , ha generado preocupaciones sobre la seguridad de quienes participan en la fabricación de mantos. Sin embargo, el uso normal plantea un riesgo mínimo para la salud. [ cita requerida ]
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 con sales metálicas; cuando el manto se calienta por primera vez en una llama, las fibras se queman en segundos y las sales metálicas se convierten en óxidos sólidos, formando una capa de óxido cerámico quebradizo con la forma de la tela original. Un manto brilla intensamente en el espectro visible mientras emite poca radiación infrarroja . Los óxidos de tierras raras ( cerio ) y actínidos ( torio ) en el manto tienen una baja emisividad en el infrarrojo (en comparación con un cuerpo negro ideal ) pero tienen una alta emisividad en el espectro visible . También hay alguna evidencia de que la emisión se mejora por la candoluminiscencia , la emisión de luz de los productos de 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 al mantener la llama pequeña y contenida a tasas de flujo de combustible más altas que en una lámpara simple. 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 tela se haya quemado durante la instalación, dejando una cubierta de óxido cerámico muy frágil después de su primer uso.
Durante siglos, la luz artificial se ha generado utilizando llamas abiertas. La luz de cal se inventó en la década de 1820, pero la temperatura necesaria para producir luz visible únicamente a través de la radiación del cuerpo negro era demasiado alta para ser práctica para lámparas pequeñas. A fines del siglo XIX, varios inventores intentaron desarrollar una alternativa efectiva 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 gasas de platino e iridio empapadas en nitratos metálicos , pero no tuvieron éxito debido al alto coste de estos materiales y a su poca fiabilidad. El primer manto eficaz fue la cesta Clamond de 1881, llamada así en honor a su inventor. Este dispositivo estaba fabricado a partir de una matriz de óxido de magnesio , que no necesitaba ser sostenida por una jaula de alambre de platino, y se exhibió en la exposición del Crystal Palace de 1883.
El manto de gas moderno fue una de las muchas invenciones 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 , al 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 mencionaba el torio (5 de marzo de 1889, patente estadounidense n.° 399 174). En 1891 perfeccionó una nueva mezcla de dióxido de torio al 99 % y dióxido de cerio al 1 % que emitía una luz mucho más blanca y producía un manto más resistente. Después de introducir este nuevo manto comercialmente en 1892, se extendió rápidamente por toda Europa. El manto de gas siguió siendo una parte importante del alumbrado público hasta la introducción generalizada de la iluminación eléctrica a principios del siglo XX. [3]
Los primeros mantos se vendían en estado de malla de algodón sin calentar, ya que la estructura de óxido posterior al calentamiento era demasiado frágil para transportarla fácilmente. El manto se transforma en su forma funcional cuando el algodón se quema con el primer uso. Originalmente, los mantos sin usar 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 solucionó más tarde sumergiendo el manto en una solución de amoníaco para neutralizar el exceso de ácido.
Más tarde, se fabricaron mantos de algodón pólvora ( nitrocelulosa ), que se puede producir con hilos extremadamente finos en comparación con los hilos de algodón ordinarios. Estos debían convertirse nuevamente en celulosa mediante inmersión en sulfuro de amonio antes del primer uso, ya que el algodón pólvora es altamente inflamable y puede ser explosivo. Más tarde, se descubrió que un manto de algodón podía reforzarse lo suficiente sumergiéndolo en una solución de colodión para recubrirlo con una capa delgada que se quemaría cuando el manto se usara por primera vez.
Los mantos tienen un hilo de unión para unirlos a la base de la lámpara. Hasta que se prohibió el amianto debido a su carcinogenicidad , se utilizaba un hilo de amianto. Los mantos modernos utilizan un alambre o un 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 radiohijos en crecimiento , en particular el radio -224. A pesar de su vida media muy corta, el radio se repone rápidamente a partir de su radioprogenitor (torio-228), y cada nuevo calentamiento del manto hasta la incandescencia libera una nueva oleada de radio-224 en el aire. Este subproducto puede inhalarse si el manto se utiliza en interiores y es un problema de radiotoxicidad de emisores alfa internos. Los productos de desintegración secundarios del torio incluyen el radio y el actinio . Debido a esto, existen preocupaciones sobre la seguridad de los mantos de torio. La Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear recomienda mantos hechos con itrio en su lugar. [4]
Un estudio de 1981 estimó que la dosis de radiación por utilizar un manto de torio cada fin de semana durante un año sería de 3 a 6 microsieverts (0,3 a 0,6 mrem ), una cantidad minúscula 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 en lugar de estar en el aire. Una persona que ingiriera 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 de contaminación del suelo alrededor de algunas antiguas fábricas. [7]
Una posible causa de preocupación es que las partículas de los mantos de gas de torio "caigan" con el tiempo y lleguen al aire, donde pueden ser ingeridas a través de los alimentos o las bebidas. Estas partículas también pueden ser inhaladas y permanecer en los pulmones o el hígado, lo que provoca una exposición prolongada que supera el riesgo de la radiación de fondo. También es preocupante 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. Las preocupaciones de seguridad fueron objeto de una demanda federal contra la Coleman Company ( Wagner v. Coleman ), que inicialmente aceptó colocar etiquetas de advertencia en los mantos por este motivo y, posteriormente, pasó a utilizar itrio. [6] [8]
En junio de 2001, la Comisión Reguladora Nuclear de los EE. UU. publicó un estudio sobre la Evaluación Radiológica Sistemática de Exenciones para Materiales Fuente y Subproductos , [9] afirmando que los mantos de gas radiactivo son explícitamente legales en los EE. UU. [10]