Lámpara halógena

Una lámpara halógena (también llamada halógeno de tungsteno , halógeno de cuarzo o lámpara de yodo de cuarzo ) es una lámpara incandescente que consta de 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 de halógeno , que redeposita el tungsteno evaporado en el filamento, aumentando su vida útil y manteniendo la transparencia 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; además, 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 exterior de vidrio 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 , por lo que han sido o están siendo prohibidas en muchos lugares .

Una lámpara de filamento de carbono que utilizaba cloro para evitar el oscurecimiento de la envoltura fue patentada ^{[ 2 ]} por Edward Scribner de la US Electric Lighting Co. en 1882, y las lámparas "NoVak" rellenas de cloro se comercializaron en 1892. ^{[ 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 las lámparas incandescentes comunes, el tungsteno evaporado se deposita principalmente en la superficie interna de la bombilla, lo que provoca que esta se ennegrezca y el filamento se debilite progresivamente hasta que finalmente se rompe. Sin embargo, la presencia del halógeno inicia un ciclo de reacción química reversible con este tungsteno evaporado. Este ciclo mantiene la bombilla limpia y hace que la emisión de luz permanezca prácticamente constante durante toda su vida útil. A temperaturas moderadas, el halógeno reacciona con el tungsteno que se evapora, y el haluro formado se desplaza dentro del gas inerte. En algún momento, sin embargo, alcanzará temperaturas más elevadas dentro de la bombilla, donde se disocia , liberando el tungsteno de nuevo sobre el filamento y permitiendo que el halógeno repita el proceso. No obstante, para que esta reacción tenga éxito, la temperatura general de la envoltura de la bombilla debe ser significativamente mayor que en las lámparas incandescentes convencionales: 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 sobre el vidrio. ^{[ 12 ]} Una bombilla halógena tubular de 300 vatios operada a plena potencia alcanza rápidamente una temperatura de aproximadamente 540 °C (1004 °F) , mientras que una bombilla incandescente normal de 500 vatios opera a solo 180 °C (356 °F) y una bombilla 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 de alto punto de fusión (como el vidrio de aluminosilicato ). Dado que el cuarzo es muy resistente, la presión del gas puede ser mayor ^{[ 14 ]} , lo que reduce la tasa de evaporación del filamento, permitiéndole funcionar a una temperatura más alta (y, por lo tanto, con mayor eficacia luminosa ) durante la misma vida útil promedio. El tungsteno liberado en las regiones más calientes generalmente no se vuelve a depositar en su lugar de origen, por lo que las partes más calientes del filamento terminan 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 utilizó 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 kriptón o xenón . ^{[ 20 ]} Las primeras lámparas usaban solo tungsteno para los soportes del filamento, pero algunos diseños usan molibdeno , un ejemplo es el escudo de molibdeno en el faro de doble filamento H4 para el haz de luz asimétrico europeo.

Para una potencia y vida útil fijas, la eficacia luminosa de todas las lámparas incandescentes es máxima a un voltaje de diseño específico. Las lámparas halógenas diseñadas para funcionar con 12 a 24 voltios ofrecen una buena luminosidad, y sus filamentos compactos son especialmente beneficiosos para el control óptico (véase la imagen). Las 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 iluminación de escaparates y en el hogar. Más recientemente, se han comercializado versiones con un haz más amplio, diseñadas para su uso directo con voltajes de alimentación de 120 o 230 V.

Las lámparas halógenas de tungsteno se comportan de manera similar a otras lámparas incandescentes cuando se utilizan con un voltaje diferente. Sin embargo, se informa que la salida de luz es proporcional a${\displaystyle V^{3}}$y la eficacia luminosa es proporcional a${\displaystyle V^{1.3}}$. ^{[ 21 ]} La relación normal con respecto a la vida útil es que es proporcional a${\displaystyle V^{-14}}$Por ejemplo, una bombilla que funcione con un voltaje un 5 % superior al de diseño produciría aproximadamente un 15 % más de luz, y la eficacia luminosa sería un 6,5 % mayor, 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 incrementa la tasa de evaporación, por lo que en algún momento puede haber una cantidad insuficiente de halógeno y la lámpara se ennegrece. Generalmente no se recomienda el funcionamiento con sobretensión. Con un voltaje reducido, la evaporación es menor y puede haber un exceso de halógeno, lo que puede provocar una falla anormal. A voltajes mucho más bajos, la temperatura de la bombilla puede ser demasiado baja para mantener el ciclo del halógeno, pero para entonces, 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 de 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 el ultravioleta cercano 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 una luz con una temperatura de color efectiva más alta y una mayor eficiencia energética.

Los filamentos de alta temperatura emiten energía en la región UV . Se pueden mezclar pequeñas cantidades de otros elementos con el cuarzo, de modo que el cuarzo dopado (o recubrimiento óptico selectivo) bloquee la radiación UV dañina. El vidrio duro bloquea la radiación UV y se ha utilizado ampliamente para las bombillas de los faros de los automóviles. ^{[ 24 ]} Como alternativa, la lámpara halógena se puede montar dentro de una bombilla exterior, similar a una lámpara incandescente común, lo que también reduce los riesgos derivados de la alta temperatura de la bombilla. Las lámparas halógenas de cuarzo sin dopar se utilizan en algunos instrumentos científicos, médicos y dentales como fuente de UV-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 de envoltura más pequeña, más cerca del filamento que una incandescente no halógena. Debido a las temperaturas muy altas, las lámparas halógenas pueden representar riesgos de incendio y quemaduras. En Australia, numerosos incendios domésticos cada año se atribuyen a focos halógenos empotrados en el techo. ^{[ 25 ] [ 26 ]} El Departamento de Bomberos y Servicios de Emergencia de Australia Occidental recomienda que los propietarios consideren en su lugar usar lámparas fluorescentes compactas o lámparas LED que funcionan a menor temperatura . ^{[ 27 ]} Las lámparas de pie halógenas tipo Torchère han sido prohibidas en algunos lugares, como las residencias estudiantiles , debido a la gran cantidad de incendios que han causado. Fueron considerados responsables por la Comisión de Seguridad de Productos de Consumo de los Estados Unidos por 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 malla, especialmente para  bombillas de alta potencia (1–2 kW) utilizadas en teatro , o por la carcasa de vidrio y metal de la luminaria, para evitar la ignición de cortinas u objetos inflamables en contacto con la lámpara. Para reducir la exposición involuntaria a la radiación ultravioleta (UV) y contener los fragmentos calientes de la bombilla en caso de fallo explosivo de la bombilla, las lámparas de uso general suelen tener un filtro de vidrio absorbente de UV sobre o alrededor de la bombilla. Alternativamente, las bombillas pueden ser dopadas o recubiertas para filtrar la radiación UV. Con un filtrado adecuado, una lámpara halógena expone a los usuarios a menos radiación UV que una lámpara incandescente estándar que produce el mismo nivel efectivo de iluminación sin filtrado.

Cualquier contaminación superficial, especialmente la grasa de las yemas de los dedos o cualquier recubrimiento irregular de polvo u otra sustancia, puede dañar la envoltura de cuarzo al calentarse. Dado que los contaminantes absorben más luz y calor que el vidrio, crean un punto caliente en la superficie de la bombilla al encenderla. Este calor extremo y localizado provoca que el cuarzo pase de su forma vítrea a una forma cristalina más débil que libera gas. Este debilitamiento también puede causar la formación de una burbuja en la bombilla, debilitándola y provocando su explosión y la generación de fragmentos de vidrio. ^{[ 30 ]}

La pequeña envoltura de vidrio puede estar encerrada en una bombilla de vidrio exterior mucho más grande, lo que proporciona varias ventajas si no se requiere un tamaño pequeño: ^{[ 1 ]}

• La capa exterior estará a una temperatura mucho más baja y segura, protegiendo así los objetos o las personas que pudieran tocarla.
• La envoltura interior, que se calienta, está protegida de la contaminación, y la bombilla se puede manipular sin dañarla.
• El entorno queda protegido de la posible rotura de la cápsula interior.
• La chaqueta puede filtrar la radiación UV.
• Cuando se utiliza una bombilla halógena para reemplazar una bombilla incandescente normal en una luminaria, la carcasa más grande la hace mecánicamente similar a la bombilla que reemplaza.
• Las envolturas interior y exterior pueden estar a diferentes presiones, lo que reduce la disipación de calor por conducción o convección para optimizar el equilibrio entre la eficacia luminosa y la vida útil.

Las lámparas halógenas están disponibles en una serie de formas y tamaños diferentes, y se designan según 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. Por lo tanto, una bombilla T3 es una bombilla halógena tubular que tiene 9,5 mm ( 3/8 pulg . ) de diámetro. ^{[ Nota 1 ]} La designación MR significa " Reflector Multifacético ", con el número que sigue a esto todavía corresponde a octavos de pulgada en diámetro de la bombilla total. ^{[ Nota 2 ]} Si una lámpara tiene un código "G", ^{[ Nota 3 ]} esto significará que la lámpara tiene forma de bipin y el número que sigue a la G indicará la distancia en milímetros entre los pines, generalmente 4, 6,35 o 10; Si a la G le sigue la letra "Y", entonces los pines de la lámpara son más gruesos de lo normal; así, una lámpara 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", este representa el número de espiras 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, generalmente 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 tubular de doble extremo con un diámetro de 9,5 mm ( 3/8 pulg .) que funciona a 120 V y es de 150 W y que también tiene 118 mm de largo.         

La lámpara halógena lineal R7S, de doble extremo y con contacto único empotrado (RSC), suele tener una longitud de 118  mm o 78  mm. Algunas longitudes menos comunes son 189  mm, 254  mm y 331  mm. Estas lámparas tienen forma de T3 sobre una base RSC/R7S. También se conocen 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, así como para embarcaciones , tanto para uso comercial como recreativo. Actualmente, también se utilizan en lámparas de escritorio.

Las lámparas de tungsteno-halógeno se utilizan con frecuencia como fuente de luz infrarroja cercana en espectroscopia infrarroja .

Iluminación general

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 reflectores multifacéticos integrados son muy utilizados en la iluminación residencial y comercial. Las lámparas halógenas tubulares proporcionan una gran cantidad de luz desde una fuente pequeña, por lo que pueden utilizarse para crear potentes proyectores para efectos de iluminación arquitectónica o para iluminar grandes áreas exteriores.

Las lámparas de bajo voltaje utilizan casquillos GU5.3 y similares de dos pines , mientras que las lámparas de alta tensión utilizan los mismos casquillos que las lámparas incandescentes de filamento convencionales o un casquillo especial GU10/GZ10. Los casquillos GU10/GZ10 tienen una forma que impide el uso de lámparas con reflector dicroico en luminarias diseñadas para lámparas con reflector aluminizado, lo que podría provocar el sobrecalentamiento del aparato. Actualmente, existen versiones LED de mayor eficiencia de todas estas lámparas.

Actualmente, las lámparas tubulares con contactos eléctricos en ambos extremos se utilizan comúnmente en iluminación independiente y luminarias domésticas. Estas se presentan en diversas longitudes y potencias (de 50 a 300  W). Las lámparas más potentes se utilizan como luces de trabajo portátiles, con bombillas de 250 o 500 vatios.

Las lámparas halógenas no contienen mercurio. General Electric afirma que sus lámparas halógenas de cuarzo no se clasificarían como residuos peligrosos. ^{[ 33 ]}

• Conector de dos pines para bases con designaciones GY6.35, G8, etc.
• Lámpara FEL
• Portalámparas para otras bases
• Lista de fuentes de luz

• Contenido multimedia relacionado con las lámparas halógenas en Wikimedia Commons.