El rincón de la Ciencia, nº 1, Junio 1999
El funcionamiento de las lámparas halógenas (RC-3)
Adaptado de: Gómez, M.A. (1993) Materiales didácticos: Química (bachillerato). Madrid: M.E.C.
Las lámparas de incandescencia
Las lámparas de incandescencia son dispositivos formados por una ampolla de vidrio que contiene un gas inerte, argón o criptón, y un filamento de wolframio. Las altas temperaturas (alrededor de 2000 ºC) que alcanza el wolframio con el paso de la corriente eléctrica provocan la emisión de luz visible. El color de esta luz es ligeramente amarillento, debido a la mayor proporción de fotones emitidos en la zona de menor energía del espectro visible. Para conseguir luz más blanca es necesario aumentar la temperatura del filamento, con lo que el wolframio puede sublimar y el filamento hacerse más delgado en algunos puntos. En estos puntos la temperatura aumenta y el wolframio puede llegar a fundirse (T-fusión = 3387 ºC), se dice que "la bombilla se ha fundido". Debido a la sublimación del wolframio, es por lo que habitualmente la ampolla de vidrio de una bombilla va oscureciéndose -el wolframio que sublima se deposita, vuelve al estado sólido, en la zona de menor temperatura, el vidrio-. En la actualidad para obtener luz más blanca se utilizan las lámparas halógenas, que permiten que el filamento alcance una temperatura más elevada sin que el wolframio llegue a fundir.
La historia de las lámparas halógenas
Hacia 1950 se empezaron a necesitar lámparas muy pequeñas y potentes para las luces de los aviones a reacción, que pudieran encajar en los extremos pequeños y agudos del ala. Los investigadores de General Electric tuvieron una idea muy ingeniosa rellenaron el bulbo con yodo, un elemento muy reactivo, en vez de rellenarlo con un gas inerte como en las bombillas normales. La presencia del yodo, permite que el filamento se repare automáticamente en las zonas en las que se va quedando más delgado. Esto hace que se puedan alcanzar temperaturas más elevadas y, por tanto, la luz emitida sea más blanca e intensa. A partir de aquí se fue desarrollando la gran variedad de lámparas halógenas que conocemos en la actualidad.
¿Cómo funcionan las lámparas halógenas?
Las lámparas halógenas son lámparas incandescentes con filamento de wolframio que en su interior contienen una atmósfera gaseosa formada, además de por el gas noble, por un halógeno o un halogenuro metálico (figura 2). La presencia del gas halógeno (representado por el símbolo X) permite que se establezca el equilibrio
X2 + W ===== WX2 exotérmico
que al aumentar la temperatura se desplaza hacia la izquierda. En realidad, en el margen de temperaturas en que trabaja la bombilla, el equilibrio se encuentra desplazado hacia la izquierda a la temperatura del filamento y hacia la derecha a la temperatura del vidrio (en este caso cuarzo) de la ampolla.
Cuando parte del wolframio sublima y pasa a estado gaseoso, al entrar en contacto con las paredes "frías" de la bombilla se combina con el halógeno para formar el halogenuro correspondiente. Por otra parte, en las zonas del filamento donde haya sublimado más wolframio, el conductor disminuye de grosor y por tanto aumenta la temperatura (la temperatura aumenta cuando aumenta la resistencia). En estas zonas de mayor temperatura, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda depositándose el metal sobre el filamento y reparándolo.
El establecimiento de este ciclo regenerador requiere que la bombilla alcance una temperatura suficiente, mayor de lo habitual, que permita la formación del halogenuro gaseoso. Por ello se utiliza generalmente el cuarzo como material para la ampolla de la bombilla. Material que impone una serie de requerimientos especiales para este tipo de bombillas, por ejemplo, no se pueden tocar con los dedos.
Algunas curiosidades sobre las lámparas halógenas
Los retroproyectores y los proyectores de transparencias utilizan pequeñas lámparas halógenas. En algunos de ellos puede observarse que, cuando se funde la bombilla, se ha formado una ampolla en la pared de cuarzo. La ampolla aparece en la misma zona en que se encuentra un espejo que refleja la luz y que está muy próximo a la lámpara. Puede verse también que la zona de la ampolla se encuentra oscurecida (figura 3).
Esto es debido a que la lámpara está muy próxima al espejo, lo que hace que en esa zona se caliente mucho y por tanto se deforma la pared de cuarzo. Además, al aumentar mucho la temperatura en esa zona ayuda a que se deposite parte del vapor de wolframio en forma sólida., tal como se mostraba en el equilibrio químico que mostrábamos más arriba.
Puede obtenerse más información en : McGowan, T. (1996) Investigación y Ciencia (septiembre), pag 96.
