Lámpara de azufre - Sulfur lamp
La lámpara de azufre (también lámpara de azufre ) es un sistema de iluminación sin electrodos de espectro completo altamente eficiente cuya luz es generada por plasma de azufre que ha sido excitado por radiación de microondas . Son un tipo particular de lámpara de plasma , y uno de los más modernos. La tecnología se desarrolló a principios de la década de 1990, pero, aunque inicialmente parecía muy prometedora, la iluminación de azufre fue un fracaso comercial a finales de la década de 1990. Desde 2005, las lámparas se están fabricando nuevamente para uso comercial.
Mecanismo
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 polvo de azufre y gas argón en el extremo de un huso de vidrio delgado. La bombilla está encerrada en una jaula de malla de alambre resonante para microondas . Un magnetrón , al igual que 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 microondas excita el gas a cinco atmósferas de presión, que a su vez calienta el azufre en 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 enfriamiento por aire forzado para evitar que se derrita. La bombilla generalmente se coloca en el foco de un reflector parabólico para dirigir toda la luz en una dirección.
Sería imposible excitar el azufre usando electrodos tradicionales ya que el azufre reaccionaría rápidamente y destruiría cualquier electrodo metálico . Una patente pendiente para emplear electrodos revestidos se analiza en Perspectivas futuras a continuación. 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 diseño de la bombilla es de aproximadamente 60.000 horas. Plasma International, con sede en Alemania / Inglaterra, ha mejorado la vida útil del magnetrón, por lo que también puede durar ese mismo período.
El tiempo de calentamiento de la lámpara de azufre es notablemente más corto que el de otras lámparas de descarga de gas, a excepción de las lámparas fluorescentes , incluso a bajas temperaturas ambiente. Alcanza el 80% de su flujo luminoso final en 20 segundos y la lámpara se puede reiniciar aproximadamente cinco minutos después de un corte de energía.
Los primeros prototipos de lámparas fueron unidades de 5,9 kW, con una eficiencia del sistema de 80 lúmenes por vatio . Los primeros modelos de producción tenían 96,4 lúmenes por vatio. Los modelos posteriores pudieron eliminar el ventilador de enfriamiento y mejorar la eficacia luminosa a 100 lúmenes por vatio.
Calidad de la luz emitida
El plasma de azufre está formado principalmente por moléculas de dímero (S 2 ), que generan la luz por emisión molecular . A diferencia de la emisión atómica , el espectro de emisión es continuo en todo el espectro visible . Hasta el 73% de la radiación emitida está 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 6.000 kelvin con un CRI de 79. La lámpara se puede atenuar al 15% sin afectar la calidad de la luz.
Se puede usar un filtro magenta para darle a la luz una sensación más cálida. Este filtro se utilizó en las lámparas del Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC.
La adición de otros productos químicos en la bombilla podría mejorar la reproducción del color. Las bombillas de azufre con bromuro de calcio (CaBr 2 ) añadido producen un espectro similar más un pico en las longitudes de onda rojas a 625 nm. Se pueden utilizar otros aditivos como el yoduro de litio (LiI) y el yoduro de sodio (NaI) para modificar los espectros de salida.
Historia
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 se encuentran en las fuentes de luz de descarga de microondas utilizadas para el curado ultravioleta en las industrias de semiconductores e impresión. La división Fusion UV se vendió más tarde a Spectris plc , y el resto de Fusion Systems fue posteriormente adquirido por Eaton Corporation .
Solo se desarrollaron dos modelos de producción, ambos con especificaciones similares: el Solar 1000 en 1994 y el Light Drive 1000 en 1997, que fue un refinamiento del modelo anterior.
La producción de estas lámparas terminó en 1998. Fusion Lighting cerró su ubicación en Rockville, MD en febrero de 2003, después de consumir aproximadamente $ 90 millones en capital de riesgo . Sus patentes fueron licenciadas al Grupo LG . El Archivo de Internet tiene una copia de la página web desaparecida de fusión de iluminación . Sus lámparas se instalaron en más de cien instalaciones en todo el mundo, pero muchas de ellas ya se han retirado.
En 2001, Ningbo Youhe New Lighting Source Co., Ltd, en Ningbo , China , produjo su propia versión de lámpara de azufre. El sitio web de la compañía ya no está en línea y puede que esté fuera de servicio, pero la información sobre estas lámparas está disponible en su copia archivada en Internet Archive.
En 2006, LG Electronics comenzó la producción de sus lámparas de azufre, llamadas Plasma Lighting System (PLS).
Las lámparas de azufre fueron producidas en la década de 2010 por Hive Lighting como Wasp 1000 . Se puede identificar por la malla que envuelve el bulbo de vidrio. Posteriormente se suspendió.
Interferencia electromagnetica
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 la interferencia con sus transmisiones, la radio satelital Sirius y XM solicitaron a la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de los Estados Unidos que obligara a Fusion Lighting a reducir las emisiones electromagnéticas de sus lámparas en un 99,9%. En 2001, Fusion Lighting acordó instalar blindajes metálicos alrededor de sus lámparas para reducir las emisiones electromagnéticas en un 95%.
En mayo de 2003, la FCC dio por terminado el procedimiento que habría definido límites de emisión fuera de banda para las luces de radiofrecuencia que operan a 2,45 GHz, diciendo que el registro del procedimiento se había quedado obsoleto y que Fusion Lighting había dejado de funcionar en tales lámparas. La orden concluyó:
Por lo tanto, nos negamos a proporcionar la exención solicitada de los licenciatarios 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 garantizada en función de las circunstancias. Si existe evidencia de que alguna entidad buscará operar luces de RF en la banda de 2.45 GHz y causar interferencia dañina a los receptores de radio satelital como consecuencia, y nuestros límites existentes resultan inadecuados, en ese momento tomaremos las acciones apropiadas.
Cuestiones ambientales
A diferencia de las lámparas de descarga fluorescentes y de alta intensidad , las lámparas de azufre no contienen mercurio . Por lo tanto, las lámparas de azufre no representan una amenaza para el medio ambiente ni requieren una eliminación especial. Además, el uso de lámparas de azufre tiene el potencial de reducir la cantidad total de energía requerida para la iluminación.
Sistemas de distribución de luz
Debido a que la cantidad de luz producida por una bombilla es tan grande, generalmente es necesario distribuir la luz a áreas alejadas de la lámpara. El método más utilizado son los tubos de luz .
Tubos de luz
El tubo de luz 3M es un cilindro largo, transparente y hueco con una superficie prismática desarrollada por 3M que distribuye la luz uniformemente a lo largo de su longitud. 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 está unido al reflector parabólico de la lámpara de azufre. Para tuberías más cortas, 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 enormemente la cantidad de luz emitida.
La cantidad muy reducida de lámparas puede simplificar el mantenimiento y reducir los costos de instalación, pero también puede requerir un sistema de respaldo para áreas donde la iluminación es crítica. Los conductos de luz permiten colocar la lámpara en un área de fácil acceso para su mantenimiento y lejos de lugares donde el calor de la lámpara puede ser un problema.
Reflectores secundarios
Un reflector secundario es una estructura con una superficie espejada colocada directamente en la trayectoria del haz de luz cuando sale del reflector primario parabólico de la lámpara. Un reflector secundario puede tener una geometría compleja que le permita romper la luz y dirigirla hacia donde se desee. Puede resaltar un objeto o extender la luz para una iluminación general.
En el aeropuerto de Sundsvall-Härnösand, cerca de Sundsvall , Suecia , la iluminación del aeródromo es proporcionada por lámparas de azufre montadas en torres de 30 metros de altura. Las lámparas se dirigen hacia arriba e iluminan su luz sobre reflectores secundarios en forma de ala que esparcen 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 de energía en Dinamarca, una sola lámpara de azufre dirige su luz a 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 en el techo están revestidos con películas altamente reflectantes, pero con una forma que evita cualquier deslumbramiento. Además, dado que estas películas tienen una estructura de superficie 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 cualquiera que los mire ayuda a eliminar aún más los problemas de deslumbramiento.
Iluminación indirecta
Los accesorios indirectos dirigen la mayor parte de su flujo luminoso hacia arriba, hacia el techo. Un techo altamente reflectante puede servir como una fuente secundaria de iluminación difusa, de baja luminancia y de 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 de eliminar por completo la visualización de fuentes directas.
En el edificio de la sede del Distrito Municipal de Servicios Públicos de Sacramento (SMUD), se instalaron dos lámparas de azufre en la parte superior de los quioscos independientes . El 4,2-metros (13 pies 9 pulgadas) de alto techo era retrofit con alta reflectancia (90%), blanco acústico placa de techo . Las lámparas dirigen su luz hacia arriba y se refleja en el techo proporcionando luz indirecta. Se pueden crear patrones de haz estrechos, medios o anchos eligiendo varios elementos reflectores.
Iluminación directa
Los tubos de luz no serían necesarios en aplicaciones como la iluminación de estadios , donde se puede montar un dispositivo simple lo suficientemente alto como para que la luz se extienda por un área grande. La instalación en Base Aérea de Hill contiene lámparas con tubos de luz, así como downlight accesorios montados alta en un avión del hangar .
Fibras ópticas
Las fibras ópticas se han estudiado como sistema de distribución para lámparas de azufre, pero nunca se ha comercializado ningún sistema práctico.
Otros usos
Las lámparas de azufre se pueden utilizar como fuentes de luz en instrumentos científicos.
Perspectivas de futuro
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 lámparas solo estaban disponibles en vatajes altos (más de 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 hace girar la bombilla y el ruido del ventilador de refrigeración. 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. Los investigadores han tenido cierto éxito al eliminar la necesidad de girar la bombilla mediante el uso de microondas polarizadas circularmente para hacer girar la descarga de plasma. Otros experimentos han usado yoduro de sodio , escandio yoduro , indio monobromuro (InBr), o teluro como el medio generador de luz.
Instalaciones destacadas
Muchas de las instalaciones de las lámparas se realizaron únicamente con fines de prueba, pero quedan algunos sitios donde las lámparas se utilizan como fuente de iluminación principal. Quizás el más visible de estos serían los atrios de vidrio en el Museo Nacional del Aire y el Espacio .
Ver también
- Lámpara sin electrodos
- Lámpara de plasma
- Lista de fuentes de luz
- Cronología de la tecnología de iluminación
Notas
Otras lecturas
- Suplee, Curt, "Energy Dept. Brings Dazzling Bulb to Light", The Washington Post , 21 de octubre de 1994
- Suplee, Curt, "Un nuevo tipo de iluminación que arde intensamente, pero no se apaga", The Washington Post , 24 de octubre de 1994
- Holusha, John, "Fuente de luz para reemplazar muchas bombillas", The New York Times , 26 de octubre de 1994
- "Sulphur Lighting on Track", Environmental Building News , julio de 1995
- Schroeder, Michael y Dreazen, Yochi , "Energy-Saving Light Bulbs Mar Satellite Radio", The Wall Street Journal , 6 de agosto de 2001
- "La iluminación de azufre ya no está en marcha", Environmental Building News , agosto de 2005