manto de gas

Una camisa incandescente de gas , también conocida como camisa de gas o camisa de Welsbach, es un dispositivo que genera luz blanca brillante al calentarse con una llama. Su nombre hace referencia a su fuente de calor original en las lámparas de gas que iluminaban las calles de Europa y Norteamérica a finales del siglo XIX. El término "manta" se refiere a la forma en que cuelga como un manto sobre la llama. Las camisas de gas también se utilizan en algunas linternas portátiles de camping , linternas de presión y algunas lámparas de aceite. ^{[ 1 ]}

Las camisas de gas suelen venderse en forma de bolsa de tela que, debido a la impregnación con nitratos metálicos, se quema al calentarse durante el primer uso, dejando una malla rígida pero frágil de óxidos metálicos. Estos óxidos metálicos producen luz con el calor de la llama. El dióxido de torio era un componente principal habitual; al ser radiactivo , ha generado preocupación por la seguridad de quienes participan en la fabricación de las camisas. Sin embargo, su uso normal supone un riesgo mínimo para la salud.

El manto es una bolsa de tela con forma aproximadamente 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 frágil 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 cierta evidencia de que la emisión se ve potenciada 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.

La camisa incandescente facilita el proceso de combustión al mantener la llama pequeña y contenida, incluso con caudales de combustible mayores que en una lámpara convencional. Al concentrar la combustión dentro de la camisa, se mejora la transferencia de calor de la llama a la misma.

Durante siglos, la luz artificial se ha generado mediante llamas abiertas. La luz de cal se inventó en la década de 1820, pero la temperatura necesaria para producir luz visible únicamente mediante la radiación de cuerpo negro era demasiado alta para ser práctica en lámparas 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 emplearon malla de platino - iridio impregnada en nitratos metálicos , pero no tuvieron éxito debido al elevado coste de estos materiales y a su escasa fiabilidad. El primer manto térmico eficaz fue la cesta Clamond , de 1881, que recibió su nombre en honor a su inventor. Este dispositivo estaba fabricado con 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.

La moderna capa de gas 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 colaboró ​​con él en sus primeros experimentos para crear la capa 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 denominó "Actinophor" y que patentó en 1887 (15 de marzo de 1887, patente estadounidense n.º 359.524). Estas capas originales emitían una luz verdosa y no tuvieron mucho éxito. La primera empresa de Welsbach estableció una fábrica en Atzgersdorf en 1887, pero fracasó en 1889. Ese mismo año, Welsbach recibió su primera patente relacionada con 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 una capa protectora más resistente. Tras su introducción comercial en 1892, esta nueva capa protectora se extendió rápidamente por toda Europa. La capa protectora de gas siguió siendo un componente importante del alumbrado público hasta la introducción generalizada de la iluminación eléctrica a principios del siglo XX. ^{[ 3 ]}

Para producir un manto, se teje o tricota algodón formando una red, se impregna con nitratos solubles de los metales elegidos y se transporta a su destino. El usuario instala el manto y luego lo quema para retirar la red 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 se descomponen finalmente en una frágil malla de óxidos sólidos con puntos de fusión muy elevados.

Los primeros mantos se vendían en forma de malla de algodón sin calentar, ya que la estructura de óxido resultante del calentamiento era demasiado frágil para transportarla fácilmente. El manto adquiere su forma funcional cuando el algodón se quema durante el primer uso. Originalmente, los mantos sin usar no podían almacenarse durante mucho tiempo porque el algodón se pudría rápidamente debido a la naturaleza corrosiva de los nitratos metálicos ácidos. Posteriormente, se solucionó la corrosión ácida del metal sumergiendo el manto en una solución de amoníaco para neutralizar el exceso de ácido.

Posteriormente, los mantos se fabricaron con algodón pólvora ( nitrocelulosa ), que produce hilos extremadamente finos en comparación con los hilos de algodón comunes. Estos debían reconvertirse a celulosa mediante inmersión en sulfuro de amonio antes de su 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 suficientemente sumergiéndolo en una solución de colodión para recubrirlo con una capa delgada que se quemaría al utilizarlo por primera vez.

Las camisas de las lámparas tienen un hilo de sujeción para fijarlas al portalámparas. Hasta que se prohibió el amianto por su carcinogenicidad , se utilizaba hilo de amianto. Las camisas 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, al calentarse hasta la incandescencia, el torio volatiliza sus radiodescendientes formados internamente , en particular el radio -224. A pesar de su vida media muy corta, el radio se repone rápidamente a partir de su radiopadre (torio-228), y cada nuevo calentamiento del manto hasta la incandescencia libera una nueva cantidad de radio-224 al aire. Este subproducto puede inhalarse si el manto se utiliza en interiores y representa un riesgo de radiotoxicidad interna por emisión alfa . Entre los productos de desintegración secundarios del torio se encuentran el radio y el actinio . Por este motivo, existen dudas sobre la seguridad de los mantos de torio. La Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear recomienda el uso de mantos fabricados con itrio. ^{[ 4 ]}

Un estudio de 1981 estimó que la dosis por usar 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 ínfima 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 suspensión 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 algunos antiguos emplazamientos de fábricas. ^{[ 7 ]}     

Una posible causa de preocupación es que las partículas de los mantos de gas de torio se desprendan con el tiempo y se dispersen en el aire, donde pueden ser ingeridas con alimentos o bebidas. Estas partículas también pueden ser inhaladas y permanecer en los pulmones o el hígado, causando una exposición prolongada que supera el riesgo de la radiación de fondo. Asimismo, preocupa la liberación de polvo que contiene torio si el manto se rompe debido a un impacto mecánico.

Todos estos problemas han llevado al uso de alternativas en algunos países, generalmente itrio o a veces circonio , aunque estos suelen ser más caros o menos eficientes. Las preocupaciones sobre la seguridad fueron objeto de una demanda federal contra la empresa Coleman ( Wagner v. Coleman ), que inicialmente accedió a colocar etiquetas de advertencia en los mantos para este fin y posteriormente cambió al uso de 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 de Fuente y Subproductos , ^{[ 9 ]} afirmando que los mantos de gas radiactivo son explícitamente legales en EE. UU. ^{[ 10 ].}

• Candoluminiscencia : luminiscencia inducida por calor que no proviene de energía almacenada. 
• Cesta Clamond – Tipo de manto de gas 
• Linterna Coleman – Serie de lámparas de presión Páginas que muestran descripciones breves de destinos de redireccionamiento 
• Iluminación a gas : tipos de dispositivos de iluminación que queman combustible gaseoso. 
• Lámpara de queroseno : tipo de dispositivo de iluminación que utiliza queroseno como combustible. 
• Termoluminiscencia : Luz que se produce por la reemisión de la energía absorbida cuando una sustancia se calienta. 

• "Iluminación"  . Encyclopædia Britannica . Vol. 16 (11.ª ed.). 1911. págs. 651–673 . 
• Breve historia de la lámpara de presión de camisa incandescente
• Auer von Welsbach
• Artículo de la Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear titulado "Radiactividad en las camisas de las linternas"
• Documento del Departamento de Salud Ambiental y del Consumidor de Nueva Jersey que contiene una descripción de la contaminación en el antiguo emplazamiento de una fábrica en Camden, Nueva Jersey.
• "Quemador de gas Clamond" : Scientific American , 2 de octubre de 1886