Materiales para Lámparas: Una Guía Completa
Una lámpara es un dispositivo que produce iluminación utilizando una mecha empapada en material combustible u otros instrumentos generadores de luz como las lámparas de gas y eléctricas. Las lámparas fueron inventadas al menos desde el 70,000 a.C. y han evolucionado con el tiempo para utilizar diferentes materiales y diseños. En este artículo, exploraremos los diversos tipos de materiales que se utilizan para construir una lámpara, así como sus propiedades y funciones.
¿Qué es un Material de Lámpara?
Un material de lámpara es cualquier sustancia que se utiliza para construir una lámpara o sus componentes. Los materiales de lámpara pueden clasificarse en dos categorías principales: materiales aislantes y materiales conductores. Los materiales aislantes son aquellos que no permiten que pase a través de ellos una corriente eléctrica, como el vidrio, la cerámica y los plásticos. Los materiales conductores son aquellos que permiten que la corriente eléctrica fluya a través de ellos, como los metales y aleaciones.
Los materiales aislantes se utilizan para formar la barrera o la envoltura de la lámpara, lo que protege la fuente de luz de factores externos e influye en el color y la calidad de la luz. Los materiales conductores se utilizan para formar el filamento, el electrodo, el cable de conexión y la base o tapa de la lámpara, proporcionando la conexión eléctrica y soporte para la fuente de luz.
Tipos de Materiales de Lámpara
Existen muchos tipos de materiales de lámpara que se utilizan para diferentes propósitos y aplicaciones. Algunos de los más comunes son:
Vidrio
El vidrio es un material transparente que se hace fundiendo arena o sílice mezclada con otras sustancias. El vidrio se utiliza ampliamente como barrera o envoltura para lámparas, ya que puede resistir altas temperaturas y presiones, y puede moldearse en diversas formas y colores. El vidrio también transmite la luz con mínima pérdida o distorsión, y es químicamente inerte y resistente a la corrosión.
Algunos de los tipos de vidrio que se utilizan para lámparas son:
Vidrio silicato sódico-límico: Este es el tipo de vidrio más común, que tiene un punto de fusión bajo y se usa para lámparas de filamento. Contiene aproximadamente un 67% de sílice, junto con óxido de sodio, óxido de calcio y otros aditivos.
Vidrio silicato alcalino-plomizo: Este es un tipo de vidrio que tiene una mayor resistividad eléctrica que el vidrio sódico-límico, y se usa para la parte interna del bulbo de vidrio. Contiene óxido de plomo, óxido de potasio y otros aditivos.
Vidrio borosilicato: Este es un tipo de vidrio que tiene una mayor resistencia a la temperatura y un coeficiente de expansión térmica menor que el vidrio sódico-límico, y se usa para lámparas de mayor potencia, como proyectores de cine. Contiene óxido de boro, óxido de aluminio y otros aditivos.
Vidrio silicato de alúmina: Este es un tipo de vidrio que tiene una menor resistencia a la conmoción térmica que el vidrio borosilicato, pero un índice de refracción mayor, y se usa para lámparas de baja potencia con alta salida luminosa. Contiene alúmina, magnesia y otros aditivos.
Cuarzo: Este es un tipo de vidrio que se hace de sílice pura o dióxido de silicio, que tiene un punto de fusión muy alto y transparencia. Se usa para lámparas halógenas de tungsteno, que operan a temperaturas muy altas. Contiene solo trazas de otros metales y grupos hidroxilo.
Vidrio resistente al sodio: Este es un tipo de vidrio diseñado especialmente para lámparas de vapor de sodio, que producen luz intensa ionizando el vapor de sodio. El vapor de sodio tiene una propiedad reductora poderosa que puede causar un ennegrecimiento rápido de los vidrios normales. El vidrio resistente al sodio contiene pequeñas cantidades de sílice u otros óxidos fácilmente reductibles para prevenir este efecto.
Cerámicas
Las cerámicas son materiales no metálicos que se hacen de arcilla u otras sustancias inorgánicas que se calientan y endurecen. Las cerámicas se utilizan para lámparas porque pueden moldearse en diversas formas y tamaños y pueden tener diferentes propiedades ópticas, como transparencia o translucidez. Las cerámicas también pueden resistir altas temperaturas y presiones y ser químicamente estables y resistentes a la corrosión.
Algunos de los tipos de cerámicas que se utilizan para lámparas son:
Cerámicas policristalinas de óxidos metálicos: Estas son cerámicas hechas de óxidos metálicos como alúmina, magnesia o óxidos de tierras raras, que se calientan y sinterizan para formar cuerpos policristalinos. Estas cerámicas pueden ser transparentes o translúcidas dependiendo de su porosidad y tamaño de grano. Se usan para lámparas de alta presión como lámparas de vapor de sodio o lámparas de haluro metálico, que requieren alta transmisión de luz.
Cerámicas convencionales: Estas son cerámicas hechas de arcilla u otras sustancias naturales que se mezclan con agua y se dan forma antes de cocer. Incluyen porcelana y estearita.
Porcelana: Este es un tipo de cerámica que se hace de arcilla caolínica mezclada con feldespato, cuarzo y otros aditivos. Tiene buena resistencia mecánica, resistencia a la conmoción térmica, propiedades de aislamiento eléctrico y resistencia a la humedad. Se usa para hacer bases o tapas de lámparas.
Estearita: Este es un tipo de cerámica que se hace de talco mezclado con arcilla y otros aditivos. Tiene mejores propiedades que la porcelana en términos de resistividad eléctrica, conductividad térmica, resistencia dieléctrica y estabilidad dimensional. Se usa para hacer aislantes o soportes para lámparas.
Metal
El metal es un elemento o una aleación que tiene alta conductividad eléctrica y térmica. El metal se utiliza para lámparas porque puede proporcionar conexión eléctrica y soporte para la fuente de luz, así como reflejar o difundir la luz dependiendo de su acabado superficial. El metal también puede dar forma a diversas formas y tamaños mediante colado, forja, maquinado o soldadura.
Algunos de los tipos de metal que se utilizan para lámparas son:
Tungsteno: Este es un elemento que tiene un punto de fusión muy alto (3422°C) y resistencia a la tracción (1510 MPa). Se usa para hacer filamentos para lámparas incandescentes enrollándolo en hilos finos y enrollándolos alrededor de mandriles de hierro o molibdeno. Los filamentos de tungsteno tienen alta resistencia al calor y evaporación, pero también requieren un voltaje alto para funcionar.
Molibdeno: Este es un elemento que tiene un punto de fusión alto (2610°C) pero menor resistencia a la tracción (638 MPa) que el tungsteno. Se usa para hacer soportes o cables de conexión para filamentos, así como electrodos para lámparas de arco. El molibdeno tiene un coeficiente de expansión similar a algunos tipos de vidrio, lo que le permite formar sellos ajustados con ellos.
Níquel: Este es un elemento que tiene un punto de fusión moderado (1455°C) y resistencia a la tracción (758 MPa). Se usa para galvanizar componentes de hierro o acero para aumentar su dureza y elasticidad. El níquel también tiene alta resistencia a la corrosión y oxidación. Se usa para hacer cables de conexión o tiras bimetálicas, para arrancadores.
Aluminio: Este es un elemento que tiene un punto de fusión bajo (660°C) pero alta resistencia a la tracción (310 MPa). También es ligero (2.7 g/cm3) y no magnético. Tiene alta resistencia a la corrosión debido a la capa delgada de óxido en su superficie. El aluminio está fácilmente disponible y es barato. Se usa para hacer tapas o reflectores para lámparas.
Acero: Este es un aleación de hierro con carbono y otros elementos como manganeso o cromo. El acero tiene un punto de fusión variable (1370°C – 1530°C) dependiendo de su composición, pero alta resistencia a la tracción (400 MPa – 2000 MPa). El acero también tiene buena ductilidad y maleabilidad. La hoja de acero tiene alta resistencia pero bajo costo en comparación con otros metales. Las hojas de acero pueden ser laminadas en caliente o en frío, dependiendo de su grosor y acabado superficial. Las hojas de acero también pueden estar recubiertas con esmalte de porcelana para mejorar su apariencia o resistencia a la corrosión.
Acero inoxidable: Este es una aleación de hierro con cromo (12% – 30%) y otros elementos como níquel o molibdeno. El acero inoxidable tiene alta resistencia a la corrosión debido a su capa de óxido de cromo en su superficie. El acero inoxidable también tiene buenas propiedades mecánicas como resistencia (515 MPa – 1035 MPa), dureza (95 HRB – 40 HRC), ductilidad (45% – 60%), tenacidad (100 J – 225 J), resistencia a la fatiga (275 MPa – 690 MPa), resistencia al flujo (35 MPa – 200 MPa), resistencia al desgaste (0.04 g – 0.4 g), resistencia a la abrasión (0.2 mm – 1 mm), resistencia a la erosión (0.02 mm – 0.2 mm), resistencia a la cavitación (0 mm – 0.05 mm), resistencia a la pitting (0 mm – 0 mm), resistencia a la corrosión intergranular (0 mm – 0 mm), resistencia a la corrosión galvánica (0 mV – +50 mV), resistencia a la corrosión por fretting (0 mg – <1 mg), resistencia a la embrittlement por hidrógeno (>100 MPa), resistencia a la fractura por estrés sulfídico (>100 MPa), resistencia a la carburización (>100 MPa), resistencia a la nitridación (>100 MPa), resistencia a la oxidación (>1000°C), resistencia a la sulfidación (>800°C), resistencia a la decarburización (>800°C), resistencia a la escala (>800°C), resistencia a la exfoliación (>800°C), resistencia a la embrittlement (>800°C) y resistencia a la conmoción térmica (>800°C). El acero inoxidable se usa para luminarias, especialmente las exteriores, donde hay posibilidad de exposición a atmósferas corrosivas.
Cobre: Este es un elemento que tiene alta conductividad eléctrica (59.6 MS/m) y térmica (401 W/mK). El cobre también es dúctil y maleable y puede dar forma fácilmente a diversas formas. El cobre se usa para conductores, como barras colectoras, interruptores y cables de conexión, así como electrodos para lámparas de arco. El cobre también tiene buena resistencia a la corrosión, especialmente contra el agua de mar.
Aleaciones no ferrosas: Estas son aleaciones que no contienen hierro como componente principal, como bronce, latón o estaño.
Bronce: Este es una aleación de cobre y estaño, con proporciones variables de otros elementos como zinc o fósforo. El bronce tiene buenas propiedades mecánicas, como resistencia (200 MPa – 1200 MPa), dureza (60 HB – 250 HB), ductilidad (3% – 40%) y tenacidad (25 J – 200 J). El bronce también tiene buena resistencia a la corrosión, especialmente contra el agua de mar y soluciones ácidas. El bronce se usa para luminarias especiales que tienen un atractivo aspecto de color.
Latón: Este es una aleación de cobre y zinc, con proporciones variables de otros elementos como plomo o níquel. El latón tiene buenas propiedades mecánicas, como resistencia (200 MPa – 900 MPa), dureza (50 HB – 200 HB), ductilidad (10% – 50%) y tenacidad (30 J – 150 J). El latón también tiene buena resistencia a la corrosión, especialmente contra el agua de mar y soluciones alcalinas. El latón se usa para luminarias especiales que tienen un atractivo aspecto de color.
Estaño: Este es una aleación de estaño y plomo, con proporciones variables de otros elementos como plata o antimonio. El estaño tiene un punto de fusión bajo (183°C – 232°C) y alta mojabilidad, lo que significa que puede adherirse fácilmente a las superficies metálicas. El estaño se usa para unir componentes metálicos fundiéndolos y solidificándolos. El estaño se usa en el extremo de la tapa de la lámpara para la conexión eléctrica.
Material getter: Este es un material que se usa para absorber las impurezas de gas que se producen dentro de la lámpara durante su operación, ya que pueden reducir el rendimiento de la lámpara. Las impurezas de gas incluyen oxígeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno, vapor de agua y otros. El material getter puede estar en forma de hoja, hilo o depósito superficial y puede activarse mediante calentamiento o exposición a luz ultravioleta. Algunos de los materiales getter que se usan para lámparas son:
Bario: Este es un elemento que tiene una alta afinidad por el oxígeno y el nitrógeno y puede formar compuestos estables con ellos. El bario se usa como material getter metálico para lámparas incandescentes y fluorescentes.
Tántalo: Este es un elemento que tiene una alta afinidad por el oxígeno y el nitrógeno y puede formar compuestos estables con ellos. El tantalo se usa como material getter metálico para lámparas halógenas de tungsteno y lámparas de haluro metálico.
Titanio: Este es un elemento que tiene una alta afinidad por el oxígeno y el nitrógeno y puede formar compuestos estables con ellos. El titanio se usa como material getter metálico para lámparas de vapor de sodio y lámparas de vapor de mercurio.
Niobio: Este es un elemento que tiene una alta afinidad por el oxígeno y el nitrógeno y puede formar compuestos estables con ellos. El niobio se usa como material getter metálico para lámparas de vapor de sodio y lámparas de vapor de mercurio.
Circonio: Este es un elemento que tiene una alta afinidad por el oxígeno y el nitrógeno y puede formar compuestos estables con ellos. El circonio se usa como material getter metálico para lámparas de vapor de sodio y lámparas de vapor de mercurio.
Aleación de bario-tántalo-titanio: Esta es una aleación de bario, tantalo y titanio que tiene una alta afinidad por el oxígeno y el nitrógeno y puede formar compuestos estables con ellos. Esta aleación se usa como material getter metálico para lámparas de vapor de sodio y lámparas de haluro metálico.
Fósforo rojo: Este es un elemento no metálico que tiene una alta afinidad por el oxígeno y el vapor de agua y puede formar compuestos estables con ellos. El fósforo rojo se usa como material getter no metálico para lámparas incandescentes y fluorescentes.
