Las lámparas de vapor de mercurio, los diodos emisores de luz (LED) y los excímeros son tecnologías distintas para el curado UV. Si bien las tres se utilizan en diversos procesos de fotopolimerización para reticular tintas, recubrimientos, adhesivos y extrusiones, los mecanismos que generan la energía UV radiada, así como las características de la emisión espectral correspondiente, son completamente diferentes. Comprender estas diferencias es fundamental para el desarrollo de aplicaciones y formulaciones, la selección de la fuente de curado UV y su integración.
Lámparas de vapor de mercurio
Tanto las lámparas de arco eléctrico como las lámparas de microondas sin electrodos pertenecen a la categoría de lámparas de vapor de mercurio. Las lámparas de vapor de mercurio son un tipo de lámpara de descarga de gas de media presión en la que una pequeña cantidad de mercurio elemental y un gas inerte se vaporizan formando un plasma dentro de un tubo de cuarzo sellado. El plasma es un gas ionizado a una temperatura extremadamente alta, capaz de conducir electricidad. Se produce aplicando un voltaje eléctrico entre dos electrodos dentro de una lámpara de arco eléctrico o mediante el calentamiento por microondas de una lámpara sin electrodos dentro de una cavidad similar a la de 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, convirtiéndolo en plasma, y libera electrones de los átomos vaporizados. Una porción de electrones (-) fluye hacia el electrodo positivo de tungsteno o ánodo (+) de la lámpara, entrando así en el circuito eléctrico del sistema UV. Los átomos con electrones faltantes se convierten en cationes energizados positivamente (+) que fluyen hacia el electrodo negativo de tungsteno o cátodo (-) de la lámpara. Al moverse, los cationes chocan con átomos neutros en la mezcla de gases. Este impacto transfiere electrones de los átomos neutros a los cationes. A medida que los cationes ganan electrones, su energía disminuye. La diferencia de energía se descarga en forma de fotones que se irradian desde el tubo de cuarzo. Si la lámpara recibe la energía adecuada, se enfría correctamente y se opera dentro de su vida útil, un suministro constante de cationes recién creados (+) se dirige hacia el electrodo negativo o cátodo (-), chocando con más átomos y produciendo una emisión continua de luz UV. Las lámparas de microondas funcionan de manera similar, con la diferencia de que las microondas, también conocidas como radiofrecuencia (RF), sustituyen al circuito eléctrico. Dado que las lámparas de microondas no tienen electrodos de tungsteno y consisten simplemente en un tubo de cuarzo sellado que contiene mercurio y un gas inerte, se las suele denominar lámparas sin electrodos.
La emisión ultravioleta de las lámparas de vapor de mercurio de banda ancha o de amplio espectro abarca longitudes de onda ultravioleta, visible e infrarroja, en proporciones aproximadamente iguales. 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 con longitudes de onda inferiores a 240 nm generan ozono y requieren extracción o filtración.
El espectro de emisión de una lámpara de vapor de mercurio puede modificarse 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, por consiguiente, 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 formuladas para UV están diseñadas para igualar la emisión de las lámparas estándar dopadas con mercurio (Hg) o hierro (Fe). Las lámparas dopadas con hierro desplazan parte de la emisión UV hacia longitudes de onda más largas, cercanas al espectro visible, lo que resulta en una mejor penetración a través de formulaciones más espesas y con alta pigmentación. 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 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 UV que los aditivos.
Los perfiles espectrales ofrecen a los formuladores y usuarios finales una representación visual de cómo se distribuye la radiación emitida por una lámpara específica en todo el espectro electromagnético. Si bien el mercurio vaporizado y los metales aditivos presentan 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 emisión UV. La emisión espectral de una lámpara no integrada, alimentada y medida por un proveedor al aire libre, será diferente a la de una lámpara montada en un cabezal con un reflector y un sistema de refrigeración diseñados adecuadamente. Los proveedores de sistemas UV ofrecen fácilmente perfiles espectrales, que resultan útiles para el desarrollo de formulaciones y la selección de lámparas.
Un perfil espectral común representa la irradiancia espectral en el eje y y la longitud de onda en el eje x. La irradiancia espectral puede mostrarse de diversas maneras, incluyendo valores absolutos (p. ej., W/cm²/nm) o medidas arbitrarias, relativas o normalizadas (adimensionales). Los perfiles suelen mostrar la información como un gráfico lineal o como un gráfico de barras que agrupa la salida en bandas de 10 nm. El siguiente gráfico de salida espectral de una 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 para mercurio y hierro.
En Europa y Asia, el término «lámpara» se utiliza para referirse al tubo de cuarzo emisor de luz ultravioleta, mientras que en América del Norte y del Sur se suele usar indistintamente «bombilla» y «lámpara». Tanto «lámpara» como «cabezal de 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 lámparas de arco de electrodo constan de un cabezal, un ventilador o refrigerador, una fuente de alimentación y una interfaz hombre-máquina (HMI). El cabezal incluye una lámpara (bombilla), un reflector, una carcasa metálica, un obturador y, en ocasiones, una ventana de cuarzo o una rejilla protectora. GEW monta sus tubos de cuarzo, reflectores y mecanismos de obturador dentro de casetes que se pueden extraer fácilmente de la carcasa del cabezal. La extracción de un casete GEW se realiza normalmente en segundos con una sola llave Allen. Dado que la emisión UV, el tamaño y la forma del cabezal, las características del sistema y los equipos auxiliares necesarios varían según la aplicación y el mercado, los sistemas de lámparas de arco de electrodo suelen diseñarse para una categoría específica de aplicaciones o tipos de máquinas similares.
Las lámparas de vapor de mercurio emiten luz en 360° desde el tubo de cuarzo. Los sistemas de lámparas de arco utilizan reflectores ubicados en los laterales y la parte posterior para capturar y concentrar la luz a una distancia específica frente al cabezal. Esta distancia se conoce como foco y es donde la irradiancia es máxima. Las lámparas de arco suelen emitir entre 5 y 12 W/cm² en el foco. Dado que aproximadamente el 70 % de la radiación UV emitida por el cabezal proviene del reflector, es importante mantenerlo limpio y reemplazarlo periódicamente. No limpiar ni reemplazar los reflectores suele ser una causa de curado insuficiente.
Durante más de 30 años, GEW ha mejorado la eficiencia de sus sistemas de curado, personalizando características y rendimiento para satisfacer las necesidades de aplicaciones y mercados específicos, y desarrollando una amplia gama de accesorios de integración. Como resultado, la oferta comercial actual de GEW incorpora diseños de carcasa compactos, reflectores optimizados para una mayor reflectancia UV y una menor emisión infrarroja, mecanismos de obturador integrados silenciosos, faldones y ranuras para la banda, alimentación de banda tipo concha, inercia de nitrógeno, cabezales presurizados positivamente, interfaz de operador con pantalla táctil, fuentes de alimentación de estado sólido, mayor eficiencia operativa, monitorización de la emisión UV y monitorización remota del sistema.
Cuando las lámparas de electrodo de presión media están en funcionamiento, la temperatura de la superficie de cuarzo oscila entre 600 °C y 800 °C, y la temperatura interna del plasma alcanza varios miles de grados centígrados. El aire forzado es el principal medio 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 se aspira a través de la carcasa, a lo largo del reflector y la lámpara, y se expulsa del conjunto, alejándolo de la máquina o la superficie de curado. Algunos sistemas GEW, como el E4C, utilizan refrigeración líquida, lo que permite una emisión de UV ligeramente superior y reduce el tamaño total del cabezal de la lámpara.
Las lámparas de arco de electrodo tienen ciclos de calentamiento y enfriamiento. Se encienden con un enfriamiento mínimo. Esto permite que el plasma de mercurio alcance la temperatura de funcionamiento deseada, genere electrones y cationes libres y posibilite el flujo de corriente. Al apagar el cabezal de la lámpara, el sistema de enfriamiento continúa durante unos minutos para enfriar uniformemente el tubo de cuarzo. Una lámpara demasiado caliente no se volverá a encender y debe seguir enfriándose. La duración del ciclo de encendido y enfriamiento, así como la degradación de los electrodos durante cada descarga, explican por qué los mecanismos de obturación neumática siempre se integran en los conjuntos de lámparas de arco de electrodo GEW. La figura 2 muestra lámparas de arco de electrodo enfriadas por aire (E2C) y por líquido (E4C).
FIGURA 2 »Lámparas de arco de electrodo refrigeradas por líquido (E4C) y refrigeradas por aire (E2C).
Lámparas LED UV
Los semiconductores son materiales sólidos y cristalinos con cierta conductividad. La electricidad fluye mejor a través de un semiconductor que de un aislante, pero no tan bien como de un conductor metálico. Entre los semiconductores naturales, aunque poco eficientes, se encuentran el silicio, el germanio y el selenio. Los semiconductores fabricados sintéticamente, diseñados para obtener un alto rendimiento y eficiencia, son materiales compuestos con impurezas impregnadas con precisión en su estructura cristalina. En el caso de los LED UV, el nitruro de aluminio y galio (AlGaN) es un material de uso común.
Los semiconductores son fundamentales para la electrónica moderna y se diseñan para formar transistores, diodos, diodos emisores de luz y microprocesadores. Los dispositivos semiconductores se integran en circuitos eléctricos y se encuentran en productos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tabletas, electrodomésticos, aviones, automóviles, mandos a distancia e incluso juguetes infantiles. Estos componentes diminutos pero potentes hacen posible el funcionamiento de los productos cotidianos, a la vez que permiten que sean más compactos, delgados, ligeros y asequibles.
En el caso particular de los LED, los materiales semiconductores, diseñados y fabricados con precisión, emiten bandas de luz de longitud de onda relativamente estrechas al conectarse a una fuente de alimentación de CC. La luz se genera únicamente cuando la corriente fluye del ánodo positivo (+) al cátodo negativo (-) de cada LED. Dado que la emisión de los LED es rápida y sencilla de controlar y casi monocromática, resultan ideales para su uso como: luces indicadoras; señales de comunicación infrarrojas; retroiluminación para televisores, portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes; letreros electrónicos, vallas publicitarias y pantallas gigantes; y curado UV.
Un LED es una unión positivo-negativo (unión pn). Esto significa que una parte del LED tiene carga positiva y se denomina ánodo (+), y la otra parte tiene carga negativa y se denomina cátodo (-). Si bien ambos lados son relativamente conductores, el límite de la unión donde se encuentran, conocido como zona de agotamiento, no es conductor. Cuando el terminal positivo (+) de una fuente de alimentación de corriente continua (CC) se conecta al ánodo (+) del LED, y el terminal negativo (-) de la fuente se conecta al cátodo (-), los electrones con carga negativa en el cátodo y las vacantes de electrones con carga positiva en el ánodo son repelidos por la fuente de alimentación y empujados hacia la zona de agotamiento. Esto es una polarización directa, y tiene el efecto de superar la barrera de conductividad. Como resultado, los electrones libres en la región de tipo n cruzan y llenan las vacantes en la región de tipo p. A medida que los electrones fluyen a través de la barrera, pasan a un estado de menor energía. La correspondiente disminución de energía se libera del semiconductor en forma de fotones de luz.
Los materiales y dopantes que forman la estructura cristalina del LED determinan su emisión espectral. Actualmente, las fuentes de curado LED disponibles comercialmente emiten luz ultravioleta centrada en 365, 385, 395 y 405 nm, con una tolerancia típica de ±5 nm y una distribución espectral gaussiana. Cuanto mayor es la irradiancia espectral máxima (W/cm²/nm), mayor es la altura del pico de la curva de Gauss. Si bien el desarrollo de la tecnología UVC continúa entre 275 y 285 nm, su rendimiento, vida útil, fiabilidad y coste aún no son comercialmente viables para los sistemas y aplicaciones de curado.
Dado que la emisión de los LED UV se limita actualmente a las longitudes de onda UVA más largas, un sistema de curado con LED UV no emite el espectro de banda ancha característico de las lámparas de vapor de mercurio de media presión. Esto significa que los sistemas de curado con LED UV no emiten UVC, UVB, la mayor parte de la luz visible ni las longitudes de onda infrarrojas que generan calor. Si bien esto permite utilizar los sistemas de curado con LED UV en aplicaciones más sensibles al calor, las tintas, recubrimientos y adhesivos existentes formulados para lámparas de mercurio de media presión deben reformularse para su uso con sistemas de curado con LED UV. Afortunadamente, los proveedores de productos químicos están diseñando cada vez más productos de doble curado. Esto significa que una formulación de doble curado diseñada para curar con una lámpara LED UV también curará con una lámpara de vapor de mercurio (Figura 3).
FIGURA 3 »Gráfico 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 eléctrico, los sistemas de curado UV-LED no incorporan reflectores que concentren los rayos de luz. Por consiguiente, la irradiancia máxima de los UV-LED 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 un papel fundamental en el curado, y su impacto conjunto debe comprenderse adecuadamente al seleccionar la fuente UV-LED.
Los LED son fuentes lambertianas. Es decir, cada LED UV emite una luz uniforme hacia adelante en un hemisferio completo de 360° x 180°. Numerosos LED UV, cada uno del orden de un milímetro cuadrado, se disponen en una sola fila, una matriz de filas y columnas, o alguna otra configuración. Estos subconjuntos, conocidos como módulos o matrices, están diseñados con una separación entre LED que garantiza la continuidad de la luz y facilita la refrigeración de los diodos. Varios módulos o matrices se organizan en conjuntos más grandes para formar sistemas de curado UV de distintos 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, los controladores electrónicos, las 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 multilámparas de alta velocidad.
Dado que los sistemas de curado UV-LED no emiten radiación infrarroja, transfieren inherentemente menos energía térmica a la superficie de curado que las lámparas de vapor de mercurio. Sin embargo, esto no significa que deban considerarse tecnología de curado en frío. Los sistemas de curado UV-LED pueden emitir irradiancias pico muy altas, y las longitudes de onda ultravioleta son una forma de energía. La radiación que no sea absorbida por el proceso químico calentará la pieza o el sustrato subyacente, así como los componentes de la máquina circundante.
Los LED UV son componentes eléctricos con ineficiencias derivadas del diseño y la fabricación de los semiconductores, así como de los métodos de fabricación y los componentes utilizados para integrarlos en la unidad de curado. Mientras que la temperatura de un tubo de cuarzo de vapor de mercurio debe mantenerse entre 600 y 800 °C durante su funcionamiento, la temperatura de la unión pn del LED debe permanecer por debajo de 120 °C. Solo entre el 35 % y el 50 % de la electricidad que alimenta un conjunto de LED UV se convierte en emisión ultravioleta (dependiendo en gran medida de la longitud de onda). El resto se transforma en calor, el cual debe disiparse para mantener la temperatura de unión deseada y garantizar la irradiancia, la densidad de energía y la 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 una larga vida útil. No todos los sistemas de curado UV son iguales, y los sistemas de curado de LED UV mal diseñados y refrigerados tienen mayor probabilidad de sobrecalentarse y sufrir fallos catastróficos.
Lámparas híbridas de arco/LED
En cualquier mercado donde se introduce una tecnología completamente nueva para reemplazar la existente, es normal que exista reticencia a su adopción y escepticismo sobre su rendimiento. Los usuarios potenciales suelen retrasar la adopción hasta que se consolida una base de usuarios instalada, se publican estudios de caso, comienzan a circular testimonios positivos de forma masiva o hasta que obtienen experiencia de primera mano o referencias de personas y empresas de su confianza. A menudo se requieren pruebas contundentes para que todo un mercado abandone por completo lo antiguo y se adapte totalmente a lo nuevo. El hecho de que los casos de éxito suelan mantenerse en secreto no ayuda, ya que los primeros usuarios no quieren que la competencia obtenga beneficios similares. Como resultado, a veces, historias de decepción, reales o exageradas, resuenan en el mercado, ocultando las verdaderas ventajas de la nueva tecnología y retrasando aún más su adopción.
A lo largo de la historia, y como respuesta a la reticencia a la adopción de tecnologías, los diseños híbridos se han adoptado con frecuencia como un puente de transición entre las tecnologías existentes y las nuevas. Los sistemas híbridos permiten a los usuarios ganar confianza y determinar por sí mismos cómo y cuándo utilizar nuevos productos o métodos, sin sacrificar las capacidades actuales. En el caso del curado UV, un sistema híbrido permite a los usuarios alternar de forma rápida y sencilla entre lámparas de vapor de mercurio y tecnología LED. Para líneas con múltiples estaciones de curado, los sistemas híbridos permiten que las prensas funcionen con 100 % LED, 100 % vapor de mercurio o cualquier combinación de ambas tecnologías que requiera cada trabajo.
GEW ofrece sistemas híbridos de arco/LED para convertidores de banda. Esta solución se desarrolló para el mercado principal de GEW, el etiquetado de banda estrecha, pero su diseño híbrido también se puede utilizar en otras aplicaciones, tanto de banda como de otros tipos (Figura 6). El sistema de arco/LED incorpora una carcasa común para el cabezal de la lámpara que admite tanto cartuchos de vapor de mercurio como de LED. Ambos cartuchos funcionan con un sistema universal de alimentación y control. La inteligencia integrada en el sistema permite diferenciar entre los tipos de cartucho y proporciona automáticamente la alimentación, la refrigeración y la interfaz de usuario adecuadas. La extracción o instalación de cualquiera de los cartuchos de vapor de mercurio o LED de GEW se realiza normalmente en cuestión de segundos con una sola llave Allen.
FIGURA 6 »Sistema Arc/LED para web.
Lámparas de excímero
Las lámparas de excímeros son un tipo de lámpara de descarga de gas que emite energía ultravioleta casi monocromática. Si bien existen lámparas de excímeros en numerosas longitudes de onda, las emisiones ultravioleta más comunes se centran en 172, 222, 308 y 351 nm. Las lámparas de excímeros de 172 nm se encuentran dentro de la banda del ultravioleta de vacío (100 a 200 nm), mientras que las de 222 nm emiten exclusivamente UVC (200 a 280 nm). Las lámparas de excímeros de 308 nm emiten UVB (280 a 315 nm) y las de 351 nm emiten UVA (315 a 400 nm).
Las longitudes de onda de 172 nm del ultravioleta de vacío son más cortas y contienen más energía que la radiación UVC; sin embargo, tienen dificultades para penetrar profundamente en las sustancias. De hecho, las longitudes de onda de 172 nm se absorben completamente en los primeros 10 a 200 nm de las formulaciones químicas tratadas con UV. Por consiguiente, las lámparas de excímeros de 172 nm solo reticulan la superficie más externa de las formulaciones UV y deben integrarse con otros dispositivos de curado. Dado que las longitudes de onda del ultravioleta de vacío también son absorbidas por el aire, las lámparas de excímeros de 172 nm deben funcionar en una atmósfera inertizada con nitrógeno.
La mayoría de las lámparas de excímeros constan de un tubo de cuarzo que actúa como barrera dieléctrica. Este tubo se llena con gases nobles capaces de formar moléculas de excímero o excímero (Figura 7). Los distintos gases producen distintas moléculas, y las diferentes moléculas excitadas determinan las longitudes de onda que emite la lámpara. Un electrodo de alto voltaje recorre el interior del tubo de cuarzo, y los electrodos de tierra recorren el exterior. Se aplican pulsos de voltaje a alta frecuencia a la lámpara. Esto provoca 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 se desplazan por el gas, interactúan con los átomos y crean especies energizadas o ionizadas que producen moléculas de excímero o excímero. Las moléculas de excímero y excímero tienen una vida útil extremadamente corta, y al descomponerse de un estado excitado a un estado fundamental, emiten fotones con una distribución casi monocromática.
FIGURA 7 »lámpara de excímero
A diferencia de las lámparas de vapor de mercurio, la superficie del tubo de cuarzo de una lámpara de excímero no se calienta. Por consiguiente, la mayoría de las lámparas de excímero funcionan con poca o ninguna refrigeración. En otros casos, se requiere un bajo nivel de refrigeración, que normalmente se proporciona con gas nitrógeno. Gracias a su estabilidad térmica, las lámparas de excímero se encienden y apagan instantáneamente y no requieren ciclos de calentamiento ni de enfriamiento.
Al integrar lámparas de excímero que emiten a 172 nm con sistemas de curado UVA-LED cuasi-monocromáticos y lámparas de vapor de mercurio de banda ancha, se obtienen efectos de superficie mate. Primero, se utilizan lámparas UVA-LED para gelificar los productos químicos. A continuación, se emplean lámparas de excímero cuasi-monocromáticas para polimerizar la superficie y, finalmente, las lámparas de mercurio de banda ancha reticulan el resto de los productos químicos. La singularidad de los espectros de emisión de estas tres tecnologías, aplicadas en etapas separadas, proporciona efectos de curado superficial ópticos y funcionales beneficiosos que no se pueden lograr con ninguna de las fuentes UV por sí sola.
Las longitudes de onda de los excímeros de 172 y 222 nm también son eficaces para destruir sustancias orgánicas peligrosas y bacterias dañinas, lo que hace que las lámparas de excímeros sean prácticas para la limpieza, desinfección y tratamientos energéticos de superficies.
Vida útil de la lámpara
En cuanto a la vida útil de las lámparas de arco de GEW, generalmente alcanzan hasta 2000 horas. Sin embargo, esta vida útil no es un valor absoluto, ya que la emisión de rayos UV disminuye gradualmente con el tiempo y se ve afectada por diversos factores. El diseño y la calidad de la lámpara, así como las condiciones de funcionamiento del sistema UV y la reactividad de la formulación, son factores importantes. Un sistema UV bien diseñado garantiza que se proporcionen la potencia y la refrigeración adecuadas para cada lámpara.
Las lámparas (bombillas) suministradas por GEW ofrecen siempre la mayor vida útil cuando se utilizan en los sistemas de curado de GEW. Los proveedores secundarios generalmente han realizado ingeniería inversa de la lámpara a partir de una muestra, y las copias pueden no contener el mismo casquillo, diámetro de cuarzo, contenido de mercurio o mezcla de gases, factores que pueden afectar la emisión de rayos UV y la generación de calor. Cuando la generación de calor no está equilibrada con la refrigeración del sistema, la lámpara sufre una disminución tanto en su rendimiento como en su 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 a altas temperaturas superficiales.
La vida útil de las lámparas de arco eléctrico está limitada por su temperatura de funcionamiento, las horas de uso y el número de encendidos. Cada vez que una lámpara recibe un arco de alto voltaje durante el encendido, se desgasta una pequeña parte del electrodo de tungsteno. Con el tiempo, la lámpara deja de encenderse. Las lámparas de arco eléctrico incorporan mecanismos de obturación que, al activarse, bloquean la emisión de luz ultravioleta como alternativa a los ciclos repetidos de encendido y apagado. Las tintas, recubrimientos 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 LED UV son inherentemente más duraderos que las lámparas convencionales, pero su vida útil no es absoluta. Al igual que las lámparas convencionales, los LED UV tienen límites en cuanto a la intensidad de funcionamiento y, por lo general, deben operar con temperaturas de unión inferiores a 120 °C. Sobreexigir o enfriar insuficientemente los LED compromete su vida útil, lo que resulta en una degradación más rápida o una falla catastrófica. No todos los proveedores de sistemas LED UV ofrecen actualmente diseños que alcancen las vidas útiles máximas establecidas, superiores a 20 000 horas. Los sistemas mejor diseñados y mantenidos durarán más de 20 000 horas, mientras que los sistemas inferiores fallarán en mucho menos tiempo. La buena noticia es que los diseños de sistemas LED continúan mejorando y durando más con cada nueva versión.
Ozono
Cuando las longitudes de onda más cortas de la radiación UVC inciden sobre las moléculas de oxígeno (O₂), provocan su disociación en dos átomos de oxígeno (O). Estos átomos de oxígeno libres (O) colisionan 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 disocia fácilmente en una molécula de oxígeno (O₂) y un átomo de oxígeno (O) al desplazarse por la atmósfera. Los átomos de oxígeno libres (O) se recombinan entre sí dentro del sistema de escape para producir moléculas de oxígeno (O₂).
En aplicaciones industriales de curado UV, el ozono (O3) se produce cuando el oxígeno atmosférico interactúa con longitudes de onda ultravioleta inferiores a 240 nm. Las fuentes de curado de vapor de mercurio de banda ancha emiten UVC entre 200 y 280 nm, lo que se superpone parcialmente con la región de generación de ozono, y las lámparas de excímero emiten UV de vacío a 172 nm o UVC a 222 nm. El ozono generado por las lámparas de curado de vapor de mercurio y de excímero es inestable y no representa una preocupación ambiental significativa, pero es necesario eliminarlo del área inmediata a los trabajadores, ya que es irritante respiratorio y tóxico en altas concentraciones. Dado que los sistemas comerciales de curado UV-LED emiten radiación UVA entre 365 y 405 nm, no generan ozono.
El ozono tiene un olor similar al del metal, un cable quemado, el cloro y una chispa eléctrica. El olfato humano puede detectarlo en concentraciones tan bajas como 0,01 a 0,03 partes por millón (ppm). Si bien la sensibilidad varía según la persona y el nivel de actividad, concentraciones superiores a 0,4 ppm pueden provocar efectos adversos en las vías respiratorias y dolores de cabeza. Es fundamental instalar una ventilación adecuada en las líneas de curado UV para limitar la exposición de los trabajadores al ozono.
Los sistemas de curado UV suelen diseñarse para contener el aire de escape a la salida de las lámparas, de modo que pueda canalizarse lejos de los operarios y hacia el exterior del edificio, donde se descompone naturalmente en presencia de oxígeno y luz solar. Como alternativa, las lámparas libres de ozono incorporan un aditivo de cuarzo que bloquea las longitudes de onda que generan ozono, y las instalaciones que desean evitar la instalación de conductos o la perforación del techo suelen emplear filtros en la salida de los extractores.
Fecha de publicación: 19 de junio de 2024
