El vapor de mercurio, el diodo emisor de luz (LED) y el excímero son tecnologías distintas de lámparas de curado UV. Si bien los tres se utilizan en diversos procesos de fotopolimerización para reticular tintas, recubrimientos, adhesivos y extrusiones, los mecanismos que generan la energía ultravioleta radiada, así como las características de la salida espectral correspondiente, son completamente diferentes. Comprender estas diferencias es fundamental para el desarrollo de aplicaciones y formulaciones, la selección de fuentes de curado UV y la integración.
Lámparas de vapor de mercurio
Tanto las lámparas de arco con electrodos como las lámparas de microondas sin electrodos entran dentro de la categoría de vapor de mercurio. Las lámparas de vapor de mercurio son un tipo de lámparas de descarga de gas de presión media en las que una pequeña cantidad de mercurio elemental y gas inerte se vaporizan en un plasma dentro de un tubo de cuarzo sellado. El plasma es un gas ionizado a una temperatura increíblemente alta capaz de conducir electricidad. Se produce aplicando un voltaje eléctrico entre dos electrodos dentro de una lámpara de arco o calentando en el microondas una lámpara sin electrodos dentro de un recinto o cavidad similar en concepto a un horno microondas doméstico. Una vez vaporizado, el plasma de mercurio emite luz de amplio espectro en longitudes de onda ultravioleta, visible e infrarroja.
En el caso de una lámpara de arco eléctrico, un voltaje aplicado energiza el tubo de cuarzo sellado. Esta energía vaporiza el mercurio en plasma y libera electrones de los átomos vaporizados. Una porción de electrones (-) fluye hacia el electrodo de tungsteno positivo o ánodo (+) de la lámpara y hacia el circuito eléctrico del sistema UV. Los átomos a los que les faltan electrones se convierten en cationes con energía positiva (+) que fluyen hacia el electrodo o cátodo (-) de tungsteno cargado negativamente de la lámpara. A medida que se mueven, los cationes chocan con átomos neutros en la mezcla de gases. El impacto transfiere electrones de átomos neutros a cationes. A medida que los cationes ganan electrones, caen a un estado de menor energía. El diferencial de energía se descarga en forma de fotones que irradian hacia afuera desde el tubo de cuarzo. Siempre que la lámpara esté alimentada adecuadamente, enfriada correctamente y operada dentro de su vida útil, un suministro constante de cationes recién creados (+) gravitan hacia el electrodo negativo o cátodo (-), golpeando más átomos y produciendo una emisión continua de luz ultravioleta. Las lámparas de microondas funcionan de manera similar excepto que las microondas, también conocidas como radiofrecuencia (RF), reemplazan el circuito eléctrico. Dado que las lámparas de microondas no tienen electrodos de tungsteno y son simplemente un tubo de cuarzo sellado que contiene mercurio y gas inerte, comúnmente se las denomina sin electrodos.
La salida de luz ultravioleta de las lámparas de vapor de mercurio de banda ancha o de amplio espectro abarca longitudes de onda ultravioleta, visible e infrarroja, aproximadamente en la misma proporción. La porción ultravioleta incluye una mezcla de longitudes de onda UVC (200 a 280 nm), UVB (280 a 315 nm), UVA (315 a 400 nm) y UVV (400 a 450 nm). Las lámparas que emiten UVC en longitudes de onda inferiores a 240 nm generan ozono y requieren extracción o filtración.
La salida espectral de una lámpara de vapor de mercurio se puede alterar añadiendo pequeñas cantidades de dopantes, como: hierro (Fe), galio (Ga), plomo (Pb), estaño (Sn), bismuto (Bi) o indio (In). ). Los metales añadidos cambian la composición del plasma y, en consecuencia, la energía liberada cuando los cationes adquieren electrones. Las lámparas con metales añadidos se denominan dopadas, aditivas y de halogenuros metálicos. La mayoría de las tintas, recubrimientos, adhesivos y extrusiones formulados con UV están diseñados para igualar la salida de las lámparas estándar dopadas con mercurio (Hg) o hierro (Fe). Las lámparas dopadas con hierro desplazan parte de la emisión de rayos UV a longitudes de onda más largas y casi visibles, lo que da como resultado una mejor penetración a través de formulaciones más espesas y fuertemente pigmentadas. Las formulaciones UV que contienen dióxido de titanio tienden a curar mejor con lámparas dopadas con galio (GA). Esto se debe a que las lámparas de galio desplazan una parte significativa de la emisión de rayos UV hacia longitudes de onda superiores a 380 nm. Dado que los aditivos de dióxido de titanio generalmente no absorben luz por encima de 380 nm, el uso de lámparas de galio con formulaciones blancas permite que los fotoiniciadores absorban más energía ultravioleta que los aditivos.
Los perfiles espectrales brindan a los formuladores y usuarios finales una representación visual de cómo se distribuye la salida radiada para un diseño de lámpara específico en todo el espectro electromagnético. Si bien el mercurio vaporizado y los metales aditivos tienen características de radiación definidas, la mezcla precisa de elementos y gases inertes dentro del tubo de cuarzo junto con la construcción de la lámpara y el diseño del sistema de curado influyen en la salida de UV. La salida espectral de una lámpara no integrada alimentada y medida por un proveedor de lámparas al aire libre tendrá una salida espectral diferente a la de una lámpara montada dentro de un cabezal con reflector y refrigeración diseñados adecuadamente. Los perfiles espectrales están disponibles en los proveedores de sistemas UV y son útiles en el desarrollo de formulaciones y la selección de lámparas.
Un perfil espectral común traza la irradiancia espectral en el eje y y la longitud de onda en el eje x. La irradiancia espectral se puede mostrar de varias maneras, incluido el valor absoluto (por ejemplo, W/cm2/nm) o medidas arbitrarias, relativas o normalizadas (sin unidades). Los perfiles suelen mostrar la información como un gráfico de líneas o como un gráfico de barras que agrupa la salida en bandas de 10 nm. El siguiente gráfico de salida espectral de la lámpara de arco de mercurio muestra la irradiancia relativa con respecto a la longitud de onda para los sistemas de GEW (Figura 1).
FIGURA 1 »Gráficos de salida espectral de mercurio y hierro.
Lámpara es el término utilizado para referirse al tubo de cuarzo que emite rayos UV en Europa y Asia, mientras que los norteamericanos y sudamericanos tienden a utilizar una combinación intercambiable de bombilla y lámpara. Tanto la lámpara como el cabezal de la lámpara se refieren al conjunto completo que alberga el tubo de cuarzo y todos los demás componentes mecánicos y eléctricos.
Lámparas de arco de electrodo
Los sistemas de lámpara de arco con electrodos constan de un cabezal de lámpara, un ventilador o enfriador, una fuente de alimentación y una interfaz hombre-máquina (HMI). El cabezal de la lámpara incluye una lámpara (bombilla), un reflector, una carcasa o carcasa de metal, un conjunto de contraventana y, a veces, una ventana de cuarzo o un protector de alambre. GEW monta sus tubos de cuarzo, reflectores y mecanismos de obturación dentro de conjuntos de casetes que se pueden quitar fácilmente de la carcasa o carcasa exterior del cabezal de la lámpara. La extracción de un casete GEW generalmente se logra en segundos usando una sola llave Allen. Debido a que la salida de UV, el tamaño y la forma general del cabezal de la lámpara, las características del sistema y las necesidades de equipos auxiliares varían según la aplicación y el mercado, los sistemas de lámparas de arco con electrodos generalmente están diseñados para una categoría determinada de aplicaciones o tipos de máquinas similares.
Las lámparas de vapor de mercurio emiten 360° de luz desde el tubo de cuarzo. Los sistemas de lámpara de arco utilizan reflectores ubicados a los lados y en la parte posterior de la lámpara para capturar y enfocar más luz a una distancia específica frente al cabezal de la lámpara. Esta distancia se conoce como foco y es donde la irradiancia es mayor. Las lámparas de arco normalmente emiten en el rango de 5 a 12 W/cm2 en el foco. Dado que alrededor del 70 % de la salida de rayos UV del cabezal de la lámpara proviene del reflector, es importante mantener los reflectores limpios y reemplazarlos periódicamente. No limpiar o reemplazar los reflectores es un factor común que contribuye a un curado insuficiente.
Durante más de 30 años, GEW ha estado mejorando la eficiencia de sus sistemas de curado, personalizando funciones y resultados para satisfacer las necesidades de aplicaciones y mercados específicos, y desarrollando una amplia cartera de accesorios de integración. Como resultado, las ofertas comerciales actuales de GEW incorporan diseños de carcasa compactos, reflectores optimizados para una mayor reflectancia UV y reducción de infrarrojos, mecanismos de obturador integrales silenciosos, faldones y ranuras de red, alimentación de red tipo almeja, inerción de nitrógeno, cabezales presurizados positivamente, pantalla táctil. interfaz del operador, fuentes de alimentación de estado sólido, mayores eficiencias operativas, monitoreo de salida de UV y monitoreo remoto del sistema.
Cuando las lámparas de electrodos de media presión están funcionando, la temperatura de la superficie del cuarzo está entre 600 °C y 800 °C, y la temperatura interna del plasma es de varios miles de grados centígrados. El aire forzado es el medio principal para mantener la temperatura de funcionamiento correcta de la lámpara y eliminar parte de la energía infrarroja radiada. GEW suministra este aire de forma negativa; esto significa que el aire pasa a través de la carcasa, a lo largo del reflector y la lámpara, y sale del conjunto y se aleja de la máquina o superficie de curado. Algunos sistemas GEW, como el E4C, utilizan refrigeración líquida, lo que permite una salida de UV ligeramente mayor y reduce el tamaño total del cabezal de la lámpara.
Las lámparas de arco de electrodos tienen ciclos de calentamiento y enfriamiento. Las lámparas se encienden con un enfriamiento mínimo. Esto permite que el plasma de mercurio alcance la temperatura de funcionamiento deseada, produzca electrones y cationes libres y permita el flujo de corriente. Cuando se apaga el cabezal de la lámpara, el enfriamiento continúa durante unos minutos para enfriar uniformemente el tubo de cuarzo. Una lámpara que esté demasiado caliente no volverá a encenderse y deberá seguir enfriándose. La duración del ciclo de arranque y enfriamiento, así como la degradación de los electrodos durante cada descarga de voltaje, es la razón por la que los mecanismos de obturador neumáticos siempre están integrados en los conjuntos de lámparas de arco de electrodos de GEW. La Figura 2 muestra lámparas de arco de electrodos enfriadas por aire (E2C) y enfriadas por líquido (E4C).
FIGURA 2 »Lámparas de arco de electrodos refrigeradas por líquido (E4C) y por aire (E2C).
Lámparas LED UV
Los semiconductores son materiales sólidos y cristalinos que son algo conductores. La electricidad fluye a través de un semiconductor mejor que un aislante, pero no tan bien como un conductor metálico. Los semiconductores naturales pero bastante ineficientes incluyen los elementos silicio, germanio y selenio. Los semiconductores fabricados sintéticamente y diseñados para ofrecer rendimiento y eficiencia son materiales compuestos con impurezas impregnadas con precisión dentro de la estructura cristalina. En el caso de los LED UV, el nitruro de aluminio y galio (AlGaN) es un material comúnmente utilizado.
Los semiconductores son fundamentales para la electrónica moderna y están diseñados para formar transistores, diodos, diodos emisores de luz y microprocesadores. Los dispositivos semiconductores se integran en circuitos eléctricos y se montan dentro de productos como teléfonos móviles, portátiles, tabletas, electrodomésticos, aviones, automóviles, mandos a distancia e incluso juguetes para niños. Estos pequeños pero poderosos componentes hacen que los productos cotidianos funcionen y al mismo tiempo permiten que los artículos sean compactos, más delgados, livianos y más asequibles.
En el caso especial de los LED, los materiales semiconductores diseñados y fabricados con precisión emiten bandas de luz de longitud de onda relativamente estrechas cuando se conectan a una fuente de alimentación de CC. La luz se genera solo cuando la corriente fluye desde el ánodo positivo (+) al cátodo negativo (-) de cada LED. Dado que la salida de LED se controla rápida y fácilmente y es casi monocromática, los LED son ideales para su uso como: luces indicadoras; señales de comunicación por infrarrojos; retroiluminación para televisores, portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes; carteles electrónicos, vallas publicitarias y jumbotrones; y curado UV.
Un LED es una unión positiva-negativa (unión pn). Esto significa que una parte del LED tiene una carga positiva y se denomina ánodo (+), y la otra parte tiene una carga negativa y se denomina cátodo (-). Si bien ambos lados son relativamente conductores, el límite de unión donde se encuentran los dos lados, conocido como zona de agotamiento, no es conductor. Cuando el terminal positivo (+) de una fuente de alimentación de corriente continua (CC) está conectado al ánodo (+) del LED y el terminal negativo (-) de la fuente está conectado al cátodo (-), se producen electrones cargados negativamente. en el cátodo y los electrones vacantes cargados positivamente en el ánodo son repelidos por la fuente de energía y empujados hacia la zona de agotamiento. Se trata de una polarización directa y tiene el efecto de superar el límite no conductor. El resultado es que los electrones libres en la región de tipo n se cruzan y llenan las vacantes en la región de tipo p. A medida que los electrones fluyen a través del límite, pasan a un estado de menor energía. La respectiva caída de energía se libera del semiconductor en forma de fotones de luz.
Los materiales y dopantes que forman la estructura cristalina del LED determinan la salida espectral. Hoy en día, las fuentes de curado LED disponibles comercialmente tienen salidas ultravioleta centradas en 365, 385, 395 y 405 nm, una tolerancia típica de ±5 nm y una distribución espectral gaussiana. Cuanto mayor sea la irradiancia espectral máxima (W/cm2/nm), mayor será el pico de la curva de campana. Si bien el desarrollo de UVC está en curso entre 275 y 285 nm, la producción, la vida útil, la confiabilidad y el costo aún no son comercialmente viables para sistemas y aplicaciones de curado.
Dado que la salida de LED UV está actualmente limitada a longitudes de onda UVA más largas, un sistema de curado de LED UV no emite la salida espectral de banda ancha característica de las lámparas de vapor de mercurio de presión media. Esto significa que los sistemas de curado UV-LED no emiten UVC, UVB, la mayoría de la luz visible ni longitudes de onda infrarrojas que generan calor. Si bien esto permite utilizar sistemas de curado UV-LED en aplicaciones más sensibles al calor, las tintas, recubrimientos y adhesivos existentes formulados para lámparas de mercurio de presión media deben reformularse para sistemas de curado UV-LED. Afortunadamente, los proveedores de productos químicos diseñan cada vez más productos de curado dual. Esto significa que una formulación de curado dual destinada a curar con una lámpara LED UV también curará con una lámpara de vapor de mercurio (Figura 3).
FIGURA 3 »Tabla de salida espectral para LED.
Los sistemas de curado UV-LED de GEW emiten hasta 30 W/cm2 en la ventana de emisión. A diferencia de las lámparas de arco con electrodos, los sistemas de curado UV-LED no incorporan reflectores que dirijan los rayos de luz a un foco concentrado. Como resultado, la irradiancia máxima de los LED UV se produce cerca de la ventana de emisión. Los rayos UV-LED emitidos divergen entre sí a medida que aumenta la distancia entre el cabezal de la lámpara y la superficie de curado. Esto reduce la concentración de luz y la magnitud de la irradiancia que llega a la superficie de curado. Si bien la irradiancia máxima es importante para la reticulación, una irradiancia cada vez mayor no siempre es ventajosa e incluso puede inhibir una mayor densidad de reticulación. La longitud de onda (nm), la irradiancia (W/cm2) y la densidad de energía (J/cm2) desempeñan papeles críticos en el curado, y su impacto colectivo en el curado debe entenderse adecuadamente durante la selección de la fuente de LED UV.
Los LED son fuentes lambertianas. En otras palabras, cada LED UV emite una salida directa uniforme en un hemisferio completo de 360° x 180°. Numerosos LED UV, cada uno del orden de un milímetro cuadrado, están dispuestos en una sola fila, una matriz de filas y columnas, o alguna otra configuración. Estos subconjuntos, conocidos como módulos o matrices, están diseñados con un espacio entre los LED que garantiza la combinación entre espacios y facilita el enfriamiento de los diodos. Luego se organizan múltiples módulos o matrices en conjuntos más grandes para formar sistemas de curado UV de varios tamaños (Figuras 4 y 5). Los componentes adicionales necesarios para construir un sistema de curado UV-LED incluyen el disipador de calor, la ventana emisora, controladores electrónicos, fuentes de alimentación de CC, un sistema de refrigeración líquida o enfriador y una interfaz hombre-máquina (HMI).
FIGURA 4 »El sistema LeoLED para web.
FIGURA 5 »Sistema LeoLED para instalaciones multilámpara de alta velocidad.
Dado que los sistemas de curado UV-LED no irradian longitudes de onda infrarrojas. Transfieren inherentemente menos energía térmica a la superficie de curado que las lámparas de vapor de mercurio, pero esto no significa que los LED UV deban considerarse una tecnología de curado en frío. Los sistemas de curado UV-LED pueden emitir picos de irradiancia muy altos y las longitudes de onda ultravioleta son una forma de energía. Cualquier producto que no sea absorbido por la química calentará la pieza o sustrato subyacente, así como los componentes circundantes de la máquina.
Los LED UV también son componentes eléctricos con ineficiencias impulsadas por el diseño y la fabricación del semiconductor en bruto, así como por los métodos y componentes de fabricación utilizados para empaquetar los LED en la unidad de curado más grande. Mientras que la temperatura de un tubo de cuarzo de vapor de mercurio debe mantenerse entre 600 y 800 °C durante el funcionamiento, la temperatura de la unión pn del LED debe permanecer por debajo de 120 °C. Sólo entre el 35% y el 50% de la electricidad que alimenta una matriz de LED UV se convierte en salida ultravioleta (altamente dependiente de la longitud de onda). El resto se transforma en calor térmico que debe eliminarse para mantener la temperatura de unión deseada y garantizar la irradiancia, densidad de energía y uniformidad especificadas del sistema, así como una larga vida útil. Los LED son dispositivos de estado sólido inherentemente duraderos, y su integración en conjuntos más grandes con sistemas de refrigeración diseñados y mantenidos adecuadamente es fundamental para lograr especificaciones de larga duración. No todos los sistemas de curado UV son iguales, y los sistemas de curado UV-LED mal diseñados y enfriados tienen una mayor probabilidad de sobrecalentarse y fallar catastróficamente.
Lámparas híbridas de arco/LED
En cualquier mercado donde se introduce tecnología nueva como reemplazo de la tecnología existente, puede haber inquietud con respecto a la adopción, así como escepticismo sobre el desempeño. Los usuarios potenciales a menudo retrasan la adopción hasta que se forma una base de instalación bien establecida, se publican estudios de casos, los testimonios positivos comienzan a circular en masa y/o obtienen experiencia de primera mano o referencias de personas y empresas que conocen y en las que confían. A menudo se requieren pruebas contundentes antes de que todo un mercado abandone por completo lo antiguo y realice una transición completa a lo nuevo. No ayuda que las historias de éxito tiendan a ser secretos muy bien guardados, ya que los primeros usuarios no quieren que los competidores obtengan beneficios comparables. Como resultado, las historias de decepción, tanto reales como exageradas, a veces pueden resonar en todo el mercado, camuflando los verdaderos méritos de la nueva tecnología y retrasando aún más su adopción.
A lo largo de la historia, y para contrarrestar la adopción renuente, los diseños híbridos se han adoptado con frecuencia como un puente de transición entre la tecnología existente y la nueva. Los híbridos permiten a los usuarios ganar confianza y determinar por sí mismos cómo y cuándo se deben utilizar nuevos productos o métodos, sin sacrificar las capacidades actuales. En el caso del curado UV, un sistema híbrido permite a los usuarios cambiar rápida y fácilmente entre lámparas de vapor de mercurio y tecnología LED. Para líneas con múltiples estaciones de curado, los híbridos permiten que las prensas funcionen 100% LED, 100% vapor de mercurio o cualquier combinación de las dos tecnologías que se requiera para un trabajo determinado.
GEW ofrece sistemas híbridos de arco/LED para convertidores web. La solución se desarrolló para el mercado más grande de GEW, la etiqueta de banda estrecha, pero el diseño híbrido también se utiliza en otras aplicaciones web y no web (Figura 6). El arco/LED incorpora una carcasa de cabezal de lámpara común que puede acomodar un casete de vapor de mercurio o de LED. Ambos casetes funcionan con un sistema universal de control y alimentación. La inteligencia dentro del sistema permite diferenciar entre tipos de casetes y proporciona automáticamente la alimentación, la refrigeración y la interfaz del operador adecuadas. La extracción o instalación de cualquiera de los casetes de LED o de vapor de mercurio de GEW generalmente se realiza en cuestión de segundos utilizando una sola llave Allen.
FIGURA 6 »Sistema Arc/LED para web.
Lámparas excimer
Las lámparas excimer son un tipo de lámpara de descarga de gas que emite energía ultravioleta casi monocromática. Si bien las lámparas excimer están disponibles en numerosas longitudes de onda, las salidas ultravioleta comunes se centran en 172, 222, 308 y 351 nm. Las lámparas excimer de 172 nm se encuentran dentro de la banda UV del vacío (de 100 a 200 nm), mientras que las de 222 nm son exclusivamente UVC (de 200 a 280 nm). Las lámparas excimer de 308 nm emiten UVB (de 280 a 315 nm) y las de 351 nm son sólidamente UVA (de 315 a 400 nm).
Las longitudes de onda UV de vacío de 172 nm son más cortas y contienen más energía que las UVC; sin embargo, les cuesta penetrar muy profundamente en las sustancias. De hecho, las longitudes de onda de 172 nm se absorben completamente entre los 10 y 200 nm superiores de la química formulada por UV. Como resultado, las lámparas excimer de 172 nm solo reticularán la superficie más externa de las formulaciones UV y deben integrarse en combinación con otros dispositivos de curado. Dado que las longitudes de onda UV del vacío también son absorbidas por el aire, las lámparas excimer de 172 nm deben funcionar en una atmósfera inerte de nitrógeno.
La mayoría de las lámparas excimer constan de un tubo de cuarzo que sirve como barrera dieléctrica. El tubo está lleno de gases raros capaces de formar moléculas excimer o exciplex (Figura 7). Diferentes gases producen diferentes moléculas, y las diferentes moléculas excitadas determinan qué longitudes de onda emite la lámpara. Un electrodo de alto voltaje corre a lo largo del interior del tubo de cuarzo y electrodos de tierra a lo largo del exterior. Los voltajes se pulsan hacia la lámpara a altas frecuencias. Esto hace que los electrones fluyan dentro del electrodo interno y se descarguen a través de la mezcla de gases hacia los electrodos de tierra externos. Este fenómeno científico se conoce como descarga de barrera dieléctrica (DBD). A medida que los electrones viajan a través del gas, interactúan con los átomos y crean especies energizadas o ionizadas que producen moléculas excimer o exciplex. Las moléculas excimer y exciplex tienen una vida increíblemente corta y, a medida que se descomponen de un estado excitado a un estado fundamental, se emiten fotones de una distribución casi monocromática.
FIGURA 7 »Lámpara excimer
A diferencia de las lámparas de vapor de mercurio, la superficie del tubo de cuarzo de una lámpara excimer no se calienta. Como resultado, la mayoría de las lámparas excimer funcionan con poca o ninguna refrigeración. En otros casos, se requiere un bajo nivel de enfriamiento que normalmente proporciona el gas nitrógeno. Debido a la estabilidad térmica de la lámpara, las lámparas excimer se encienden y apagan instantáneamente y no requieren ciclos de calentamiento o enfriamiento.
Cuando se integran lámparas excimer que irradian a 172 nm en combinación con sistemas de curado LED UVA casi monocromáticos y lámparas de vapor de mercurio de banda ancha, se producen efectos superficiales mate. Las lámparas LED UVA se utilizan por primera vez para gelificar la química. Luego se utilizan lámparas excímeras casi monocromáticas para polimerizar la superficie y, por último, lámparas de mercurio de banda ancha reticulan el resto de la química. Las salidas espectrales únicas de las tres tecnologías aplicadas en etapas separadas brindan efectos ópticos y funcionales de curado de superficie beneficiosos que no se pueden lograr con ninguna de las fuentes UV por sí sola.
Las longitudes de onda excimer de 172 y 222 nm también son efectivas para destruir sustancias orgánicas peligrosas y bacterias dañinas, lo que hace que las lámparas excimer sean prácticas para la limpieza, desinfección y tratamientos energéticos de superficies.
Vida de la lámpara
Con respecto a la vida útil de la lámpara o bombilla, las lámparas de arco de GEW generalmente alcanzan las 2000 horas. La vida útil de la lámpara no es absoluta, ya que la producción de rayos UV disminuye gradualmente con el tiempo y se ve afectada por varios factores. El diseño y la calidad de la lámpara, así como el estado de funcionamiento del sistema UV y la reactividad de la formulación son importantes. Los sistemas UV correctamente diseñados garantizan que se proporcione la potencia y la refrigeración correctas requeridas por el diseño específico de la lámpara (bombilla).
Las lámparas (bombillas) suministradas por GEW siempre ofrecen la vida más larga cuando se utilizan en sistemas de curado GEW. Las fuentes de suministro secundarias generalmente han realizado ingeniería inversa en la lámpara a partir de una muestra, y es posible que las copias no contengan el mismo extremo, diámetro de cuarzo, contenido de mercurio o mezcla de gases, lo que puede afectar la salida de rayos UV y la generación de calor. Cuando la generación de calor no se equilibra con la refrigeración del sistema, la lámpara se ve afectada tanto en rendimiento como en vida útil. Las lámparas que funcionan a menor temperatura emiten menos rayos UV. Las lámparas que funcionan a mayor temperatura no duran tanto y se deforman con temperaturas superficiales altas.
La vida útil de las lámparas de arco de electrodo está limitada por la temperatura de funcionamiento de la lámpara, el número de horas de funcionamiento y el número de arranques o encendidos. Cada vez que una lámpara recibe un arco de alto voltaje durante el arranque, se desgasta una parte del electrodo de tungsteno. Al final, la lámpara no volverá a encenderse. Las lámparas de arco de electrodos incorporan mecanismos de obturación que, cuando están activados, bloquean la salida de rayos UV como una alternativa a los ciclos repetidos de energía de la lámpara. Las tintas, revestimientos y adhesivos más reactivos pueden prolongar la vida útil de la lámpara; mientras que las formulaciones menos reactivas pueden requerir cambios de lámpara más frecuentes.
Los sistemas UV-LED son inherentemente más duraderos que las lámparas convencionales, pero la vida útil de los UV-LED tampoco es absoluta. Al igual que con las lámparas convencionales, los LED UV tienen límites en cuanto a la fuerza con la que se pueden accionar y, por lo general, deben funcionar con temperaturas de unión inferiores a 120 °C. Los LED sobreexcitados y con enfriamiento insuficiente comprometerán su vida útil, lo que resultará en una degradación más rápida o fallas catastróficas. No todos los proveedores de sistemas UV-LED ofrecen actualmente diseños que cumplan con la vida útil más alta establecida, superior a 20 000 horas. Los sistemas mejor diseñados y mantenidos durarán más de 20.000 horas, y los sistemas inferiores fallarán en períodos mucho más cortos. La buena noticia es que los diseños de sistemas LED continúan mejorando y duran más con cada iteración de diseño.
ozono
Cuando las longitudes de onda UVC más cortas impactan las moléculas de oxígeno (O2), hacen que las moléculas de oxígeno (O2) se dividan en dos átomos de oxígeno (O). Los átomos de oxígeno libres (O) chocan luego con otras moléculas de oxígeno (O2) y forman ozono (O3). Dado que el trioxígeno (O3) es menos estable a nivel del suelo que el dioxígeno (O2), el ozono se convierte fácilmente en una molécula de oxígeno (O2) y un átomo de oxígeno (O) a medida que flota en el aire atmosférico. Los átomos de oxígeno libres (O) luego se recombinan entre sí dentro del sistema de escape para producir moléculas de oxígeno (O2).
Para aplicaciones industriales de curado UV, el ozono (O3) se produce cuando el oxígeno atmosférico interactúa con longitudes de onda ultravioleta por debajo de 240 nm. Las fuentes de curado con vapor de mercurio de banda ancha emiten UVC entre 200 y 280 nm, que se superpone a parte de la región generadora de ozono, y las lámparas excimer emiten UV al vacío a 172 nm o UVC a 222 nm. El ozono creado por las lámparas de curado de vapor de mercurio y excímeros es inestable y no representa una preocupación ambiental significativa, pero es necesario eliminarlo del área inmediata que rodea a los trabajadores, ya que es un irritante respiratorio y tóxico en niveles altos. Dado que los sistemas comerciales de curado UV-LED emiten rayos UVA entre 365 y 405 nm, no se genera ozono.
El ozono tiene un olor similar al olor del metal, de un alambre quemado, del cloro y de una chispa eléctrica. Los sentidos olfativos humanos pueden detectar niveles de ozono tan bajos como 0,01 a 0,03 partes por millón (ppm). Si bien varía según la persona y el nivel de actividad, concentraciones superiores a 0,4 ppm pueden provocar efectos respiratorios adversos y dolores de cabeza. Se debe instalar una ventilación adecuada en las líneas de curado UV para limitar la exposición de los trabajadores al ozono.
Los sistemas de curado UV generalmente están diseñados para contener el aire de escape cuando sale de los cabezales de las lámparas, de modo que pueda conducirse lejos de los operadores y fuera del edificio, donde se descompone naturalmente en presencia de oxígeno y luz solar. Alternativamente, las lámparas sin ozono incorporan un aditivo de cuarzo que bloquea las longitudes de onda que generan ozono, y las instalaciones que desean evitar conductos o agujeros en el techo a menudo emplean filtros en la salida de los extractores.
Hora de publicación: 19-jun-2024
