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 |  Tema: Las luces de Xenon - fuente CIRCULA SEGURO  Dom 25 Jul 2010, 04:11 | |
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¿Para qué sirve el xenón de los faros? (1)
Posted:
18 Jul 2010 09:07 AM PDT
Si a uno acude al paraíso de las lamparas y pide la reina de las
bombillas de xenón, lo que le darán será algo similar a una
especie de zepelín de cuarzo, como la imagen que encabeza este humilde artículo.
No es que más el sistema de iluminación de 15 mil vatios de un proyector de cine
IMAX. Este tipo de fuente luminosa son utilizadas para
muchísimas cosas debido a su eficiencia, poder lumínico y su similitud
con la luz natural diurna.
Eh, para un momento. ¿Has dicho similitud con la luz diurna natural? Eso
puede que no acabe de cuadrar, porque todo el mundo sabe que los famosos faros
de xenón, que cada vez montan más coches, producen una luz azulada, nada que ver
con la iluminación solar. La respuesta es muy sencilla: lo que se usa en
automoción no son bombillas de xenón.
Entonces, ¿por qué les llamamos faros de xenón? Pues porque somos
unos incultos. Además, la palabra mola. No farda nada decir «ya verás que
lámparas de haluro metálico trae mi coche nuevo», que es lo que
deberíamos decir.
Aunque los faros de los vehículos en efecto contienen ese gas noble, el
origen físico de la luz es otro. Tanto las bombillas de xenón (las de verdad),
como las lámparas de haluro metálico son lo que se conoce como lámparas
de descarga. Por lo tanto, el dispositivo es similar al que vemos en la
foto de la bombilla del proyector IMAX.
La lámpara contiene dos electrodos metálicos enfrentados (normalmente, de
tugnsteno), pero sin tocarse. Como no hay contacto, en condiciones normales la
corriente eléctrica no puede pasar. Sin embargo, si se llega a acumular
suficiente carga eléctrica en uno de los electrodos, al final se puede producir
una chispa, similar a un rayo de tormenta (la famosa descarga).
Cuando se produce la descarga, el gas que queda entre ambos electrodos se
convierte en un plasma, el cuarto estado de la materia. En este
estado, se convierte en un buen conductor de la electricidad, por lo que la
corriente puede continuar atravesando el espacio entre los electrodos aunque la
tensión disminuya un poco.
Si el gas entre los electrones fuera aire normal y corriente, gran
parte de la energía producida se malgastaría produciendo diferentes
reacciones químicas (por ejemplo, el oxígeno se convertiría en ozono), y la
humedad podría producir cortocircuitos. Por lo tanto, para mantener el entorno
lo más estable posible, el sistema se introduce dentro de una campana protectora
hermética, donde se ha substituido el aire por un gas
inerte.
Todo esto está muy bien, pero ¿cómo se produce la luz? Además de gas, el
interior de la bombilla contiene trazas de sales metálicas (lo
que los químicos llaman haluros; un compuesto que contiene un átomo halógeno y
otro metálico) y un poco de vapor de mercurio (aunque, debido a
su toxicidad, se están empezando a utilizar bombillas sin mercurio, pero por
desgracia son incompatibles).
Los átomos de estas substancias (en total, apenas unos miligramos, si llega)
se encuentran flotando mezclados con los del gas principal. Cuando se establece
la corriente eléctrica que atraviesa por el canal de plasma entre ambos
electrodos, estas metálicas absorben una pequeña parte de la energía,
que después vuelven a emitir en forma de luz.
Para explicar en detalle como se produce esta absorción de energía y
reemisión de luz, antes tendría que explicaros toda la mecánica
cuántica, cosa que obviamente no voy a hacer (aunque nunca está de más
recordar que, cada vez que encendemos una de estas bombillas, estamos
demostrando experimentalmente que la mecánica cuántica es más o menos correcta;
la Física no es algo alejado de la realidad). Pero si alguien ha estudiado un
poco en bachiller, quizá le suene el concepto de transición
electrónica.
Por lo tanto, la luz procede de los pocos átomos de mercurio y compuestos
metálicos que flotan en el gas, cuya única función es convertirse entre los
electrodos para permitir el paso de la corriente. A parte de eso, cuanto más
inerte sea el gas, mejor. Por ese motivo, normalmente se usan gases nobles (que
son el equivalente a los adolescentes, demasiado vagos para producir ninguna
reacción química interesante).
De hecho, normalmente se utiliza argón, simplemente porque es el gas noble
más habitual en nuestra atmósfera (y por lo tanto, más barato). Estas son las
lámparas que podemos encontrar en la mayor parte de los alumbrados públicos y de
instalaciones deportiva, como la que podemos ver en la imagen anterior.
Entonces, ¿para qué sirve el xenón que contienen los faros
que montan cada vez más vehículos hoy en día? La respuesta… el próximo martes.
Fotos | Atlant, Mg
rotc2487
¿Para qué sirve el xenón de los faros? (y 2)
Posted:
20 Jul 2010 12:46 PM PDT
El pasado domingo comenzamos a revisar el principio físico
que permite que los (quizá incorrectamente) denominados faros de xenón alumbren
nuestro camino mejor y gastando menos. Sin embargo, llegamos a la conclusión que
cualquier gas noble podría llevar a cabo el mismo papel que el xenón. Entonces,
¿por qué específicamente ese gas?
Hagamos un resumen de lo que dijimos en el
anterior artículo. En primer lugar, la tensión eléctrica entre dos
electrodos de tungsteno ioniza una pequeña región del gas noble que se encuentra
entre ellos, llevándolo al cuarto estado de la materia, el plasma.
A partir de ese momento, se forma un canal de
plasma que permite el paso de la corriente eléctrica entre ambos
electrodos. Parte de esta energía es absorbida por átomos de mercurio y pequeñas
moléculas de haluros metálicos que están evaporados y mezclados con el gas
noble. Mediante un proceso cuántico, esa energía absorbida es reemitida
en forma de luz más bien azulada, que es lo que vemos.
Es decir, el único cometido del xenón es ionizarse y permanecer lo más inerte
posible. Pero, como dijimos, eso lo puede hacer cualquier gas noble. Y, de
hecho, el argón es más barato y disponible en la atmósfera. La mayoría de
lámparas de descarga (como las utilizadas en los sistemas de iluminación pública
y de instalaciones deportivas) utilizan argón.
Los faros utilizados en automoción son una de las pocas excepciones, donde se
utiliza el gas noble xenón. El motivo es muy simple: uno de los mayores
inconvenientes de las lámparas de descarga es que necesitan un largo
periodo de activación.
Es muy sencillo verlo en las farolas de nuestras calles y autopista, así como
en instalaciones deportivas modestas: cuando se encienden, las bombillas de
descarga empiezan emitiendo luces rojizas de muy baja intensidad (como en la
imagen a continuación), tardando unos minutos en alcanzar la luminosidad
nominal.
Cuando la bombilla está fría, el mercurio y los haluros metálicos que
contienen no están en estado gaseoso. Cuando se enciende, el
propio plasma proporciona el calor necesario para evaporarlos y que puedan
emitir luz. Pero eso requiere cierto tiempo.
¿Os imagináis que ocurriera lo mismo con el alumbrado de nuestros vehículos?
Sería bastante inconveniente tener que esperar unos minutos a que los faros
estuvieran suficientemente calientes. Incluso sería muy peligroso no
tener la luz a nuestra disposición cuando la necesitamos
repentinamente, como por ejemplo entrando en un túnel.
Afortunadamente, el xenón precisamente pone remedio a este inconveniente.
En los instantes iniciales, cuando los faros están fríos, la fuente de
alimentación suministra una tensión eléctrica mucho más elevada de la normal.
Gracias a ello, además de convertir el gas xenón en un plasma, la energía
disponible es suficiente para excitar cuánticamente los átomos del
gas. Posteriormente, los átomos vuelven a su estado normal emitiendo
luz.
Este mismo proceso sería posible con argón, o con cualquier otro gas. Pero la
estructura atómica del xenón es tal que la luz emitida es visible y de
gran calidad. Precisamente por eso, las lámparas de xenón se utilizan
en muchas aplicaciones industriales y cotidianas (como la bombilla del
proyector de cine IMAX que os mostré en el anterior artículo).
Cuando el mercurio y las sales metálicas han alcanzado la temperatura de
funcionamiento, el sistema reduce la tensión suministrada a los
electrodos. Esta nueva tensión es insuficiente para excitar el xenón, pero no
importa: los metales recién evaporados producen la característica luz azulada
que todos conocemos.
Por lo tanto, de alguna forma los faros de descarga utilizados en automoción
son un 2 en 1. Durante los primeros instantes funcionan como
bombillas de xenón, pero durante la mayoría del tiempo trabajan como lámparas de
haluro metálico normales.
Como veis, el funcionamiento es muy diferente al de las bombillas
incandescentes, normales o halógenas. En primer lugar, requieren de un
transformador eléctrico capaz de elevar la tensión
proporcionada por la batería, y que además debe detectar si los metales ya están
suficientemente evaporados como para empezar a emitir luz sin ayuda del xenón.
Por otra parte, debido a que tienen formas diferentes, la distribución de la
luz al salir de la bombilla cambia. Y por lo tanto, los elementos reflectantes
instalados en el interior del faro para enfocar la luz hacia donde el conductor
la necesita son diferentes a los de las bombillas normales. No podemos
poner una lámpara de descarga en el zócalo de una normal.
En tercer lugar, hay estudios científicos que demuestran que, en igualdad de
intensidad, la luz azulada característica de estos faros deslumbra un
40% más, probablemente debido a que el ojo es más sensible a esas
tonalidades. Para evitar el riesgo de cegar a otros conductores, la ley obliga a
instalar un sistema de regulación automática de la altura y de un lava faros.
Es decir, no se pueden instalar lámparas de descarga en un coche que no ha
sido diseñado para ello. Si se intenta hacer, la magnitud de las reformas
necesarias es tan grande que probablemente sea necesario pasar una
revisión ITV extraordinaria (como al instalar
la bola para enganchar un remolque, por ejemplo). Es algo que Morrillu ya nos
advirtió hace año y medio: cuidado
con los kits de xenón que podéis encontrar en mercadillos o por internet, ya
que tienen todas las papeletas para no ser seguros, ni legales.
En Circula seguro | ¿Para
qué sirve el xenón de los faros? (1)
Fotos | MSVG, BQZip01
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