¿Cómo funcionan las lámparas halógenas?

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Rubén Herrero >

La luminosidad y el rendimiento de una bombilla incandescente debería esperarse que aumentaran con la temperatura. Esto es así, ya que la Energía irradiada es proporcional a la Temperatura absoluta. Por tanto, al aumentar la temperatura, aumenta la proporción de luz aprovechable.

Sin embargo, hay un problema. La Temperatura que se alcanza en el filamento de wolframio (W) de una bombilla convencional es tan solo de 2000 ºC, muy alejada del punto de fusión del wolframio (W) que es de 3886 ºC. A esa temperatura, parte del filamento sublima (pasa de estado sólido a gaseoso directamente) condensándose en las partes más frías de la lámpara. Este fenómeno se incrementa con la temperatura.

Entre 1700 ºC y 2500 ºC la velocidad con la que se sublima crece un millón de veces. El problema no es solo que el cristal de la lámpara se ennegrece, sino que la espiral de wolframio que forma el filamento adelgaza de un modo no uniforme. De esta forma, los puntos más delgados están más calientes, pierden masa rápidamente y el filamento acaba por quemarse. Por tanto, el aumento de la temperatura disminuye la vida útil de la bombilla.

El reto es plantearse una lámpara en la que se pueda aumentar simultáneamente la temperatura y su vida útil. Para ello se han propuesto muchas soluciones; por ejemplo llenar la bombilla con nitrógeno gas (N2), con gases nobles o con un halógeno (gas) a presión elevada. El funcionamiento de las lámparas halógenas se basa en la reacción en equilibrio:

W + I2 WI2

Esta reacción se desplaza a la derecha a bajas temperaturas y hacia la izquierda a la temperatura del filamento. Todos los halógenos se comportan de manera similar. Si se introduce un halógeno en la lámpara, por ejemplo yodo (I2), los átomos de wolframio al abandonar el filamento caliente, se transforman en las zonas más frías de la lámpara, en yoduro de wolframio (WI2). Este yoduro se deposita en las paredes de la lámpara, pero es volátil y cuando se alcanza una temperatura de 250 ºC, se evapora, llegando al filamento, donde es descompuesto en W y en I2.  Es lo que se llama ciclo halógeno, que se puede comprender mejor con estas imágenes:

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1) Las partículas de wolframio negras fluyen del filamento incandescente hacia el extremo más frío de la ampolla.

 

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2) Los halógenos atrapan las partículas de wolframio y las devuelven al filamento incandescente.

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3) Las partículas de wolframio permanecen en el filamento y las de halógeno fluyen de nuevo hacia fuera.

Esto sucede en las partes más calientes del filamento, reparándolas. Este proceso de transporte es continuo y evita en gran medida la pérdida de masa en el filamento, alargando la vida útil de la lámpara. Las luces halógenas trabajan cientos de horas con temperaturas en el filamento de unos 2700 ºC. Necesitan un cristal más resistente (vidrio de cuarzo, por ejemplo) que permita soportar el calor, garantizando a la vez una temperatura elevada en las paredes internas y una distancia entre la pared y el filamento lo más pequeña posible. El rendimiento que se obtiene es superior al de las bombillas incandescentes (las tradicionales), llegando incluso a duplicarse su potencia en intensidad lumínica. Además, las lámparas halógenas destacan por su flujo de luz constante y su vida útil más larga.

Sin embargo, las lámparas halógenas son más exigentes; temen los dedos sucios, los enfriamientos bruscos, la falta de ventilación y cualquier posición que no sea la horizontal. Con todo, a día de hoy, han sustituido casi en su totalidad a la bombilla incandescente que patentara allá por 1880, el gran Thomas Alva Edison.


Fuentes

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