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 fuentes de curado UV y su integración.
Lámparas de vapor de mercurio
Tanto las lámparas de arco con electrodos 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 presión media en la 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 una lámpara sin electrodos en un recinto o cavidad similar 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, convirtiéndolo en plasma y liberando electrones de los átomos vaporizados. Una parte de los electrones (-) fluye hacia el electrodo positivo de tungsteno o ánodo (+) de la lámpara y hacia el circuito eléctrico del sistema UV. Los átomos con electrones recién perdidos se convierten en cationes (+) con energía positiva que fluyen hacia el electrodo negativo de tungsteno o cátodo (-) de la lámpara. A medida que se mueven, los cationes chocan con átomos neutros en la mezcla de gases. El impacto transfiere electrones de los átomos neutros a los cationes. A medida que los cationes ganan electrones, pasan a un estado de menor energía. El diferencial de energía se descarga en forma de fotones que irradian hacia afuera del tubo de cuarzo. Siempre que la lámpara esté alimentada adecuadamente, correctamente refrigerada y funcione dentro de su vida útil, un suministro constante de cationes (+) recién creados gravita 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), 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, se las suele denominar lámparas sin electrodos.
La emisión UV 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 parte ultravioleta incluye una mezcla de longitudes de onda UVC (de 200 a 280 nm), UVB (de 280 a 315 nm), UVA (de 315 a 400 nm) y UVV (de 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 emisión espectral de una lámpara de vapor de mercurio se puede modificar añadiendo pequeñas cantidades de dopantes, como hierro (Fe), galio (Ga), plomo (Pb), estaño (Sn), bismuto (Bi) o indio (In). Estos metales alteran la composición del plasma y, por consiguiente, la energía liberada cuando los cationes adquieren electrones. Las lámparas con metales añadidos se denominan dopadas, aditivas o de halogenuros metálicos. La mayoría de las tintas, recubrimientos, adhesivos y extrusiones formuladas para UV están diseñadas para coincidir con la emisión de 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 visible, lo que resulta en una mejor penetración a través de formulaciones más gruesas 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 los 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 proporcionan a los formuladores y usuarios finales una representación visual de cómo se distribuye la radiación emitida por un diseño de lámpara específico a lo largo del 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 emisión UV. La emisión espectral de una lámpara no integrada, alimentada y medida por un proveedor de lámparas 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 perfiles espectrales están fácilmente disponibles a través de los proveedores de sistemas UV y son 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 (sin unidades). Los perfiles suelen mostrar la información como un gráfico de líneas o 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 emisión 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 aloja 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 de lámpara, un ventilador o enfriador, una fuente de alimentación y una interfaz hombre-máquina (HMI). El cabezal de lámpara incluye una lámpara (bombilla), un reflector, una carcasa metálica, un obturador y, a veces, 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 exterior 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 de lámpara, las características del sistema y las necesidades de equipos auxiliares varían según la aplicación y el mercado, los sistemas de lámparas de arco de electrodo generalmente se diseñan 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 de la lámpara 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 mantenerlos limpios y reemplazarlos periódicamente. No limpiar ni reemplazar los reflectores es una causa común de un curado insuficiente.
Durante más de 30 años, GEW ha mejorado la eficiencia de sus sistemas de curado, personalizando sus 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 carcasas compactas, reflectores optimizados para una mayor reflectancia UV y una menor radiación infrarroja, mecanismos de obturación integrales silenciosos, faldones y ranuras para la banda, alimentación de banda tipo concha, inertización con nitrógeno, cabezales presurizados, interfaz de operador con pantalla táctil, fuentes de alimentación de estado sólido, mayor eficiencia operativa, monitorización de la salida 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. El sistema GEW suministra este aire en sentido negativo; esto significa que el aire es aspirado a través de la carcasa, a lo largo del reflector y la lámpara, y expulsado del conjunto, alejándose de la máquina o la superficie de curado. Algunos sistemas GEW, como el E4C, utilizan refrigeración líquida, lo que permite una emisión UV ligeramente mayor 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. Cuando se apaga el cabezal de la lámpara, el enfriamiento continúa durante unos minutos para enfriar uniformemente el tubo de cuarzo. Una lámpara demasiado caliente no se encenderá de nuevo y debe seguir enfriándose. La duración del ciclo de encendido y enfriamiento, así como la degradación de los electrodos durante cada descarga de voltaje, explican por qué siempre se integran mecanismos de obturación neumática 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 eléctrica. La electricidad fluye mejor a través de un semiconductor que de un aislante, pero no tan bien como a través de un conductor metálico. Entre los semiconductores naturales, aunque poco eficientes, se encuentran el silicio, el germanio y el selenio. Los semiconductores sintéticos, diseñados para ofrecer un alto rendimiento y eficiencia, son materiales compuestos con impurezas incorporadas con precisión en su estructura cristalina. En el caso de los LED UV, el nitruro de galio y aluminio (AlGaN) es un material de uso común.
Los semiconductores son fundamentales para la electrónica moderna y se utilizan para formar transistores, diodos, diodos emisores de luz y microprocesadores. Estos dispositivos se integran en circuitos eléctricos y se montan en productos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tabletas, electrodomésticos, aviones, coches, mandos a distancia e incluso juguetes infantiles. Estos componentes, pequeños pero potentes, hacen posible el funcionamiento de los productos cotidianos, permitiendo además que sean compactos, más 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 estrecha 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 salida de los LED se controla de forma rápida y sencilla, y es prácticamente monocromática, son ideales para su uso como: luces indicadoras; señales de comunicación infrarrojas; retroiluminación para televisores, ordenadores portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes; letreros electrónicos, vallas publicitarias y pantallas gigantes; y curado UV.
Un LED es una unión positivo-negativa (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 se denomina polarización directa y tiene el efecto de superar el límite no conductor. 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 del límite, transitan 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 fotocurado 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 sea la irradiancia espectral máxima (W/cm²/nm), mayor será el pico de la curva de campana. Si bien el desarrollo de la luz UVC continúa entre 275 y 285 nm, su rendimiento, vida útil, fiabilidad y coste aún no son comercialmente viables para sistemas y aplicaciones de fotocurado.
Dado que la emisión de los LED UV actualmente se limita a longitudes de onda UVA más largas, un sistema de curado 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 LED UV no emiten UVC, UVB, la mayor parte de la luz visible ni longitudes de onda infrarrojas generadoras de calor. Si bien esto permite utilizar los sistemas de curado 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 los sistemas de curado 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 »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 de electrodo, los sistemas de curado UV-LED no incorporan reflectores que dirijan los rayos de luz a un punto concentrado. Como resultado, 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 en el mismo debe comprenderse adecuadamente durante la selección de la fuente UV-LED.
Los LED son fuentes lambertianas. En otras palabras, 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 un espaciado entre los LED que garantiza la mezcla de la luz en los espacios y facilita la refrigeración de los diodos. Varios módulos o matrices se organizan en conjuntos más grandes para formar sistemas de curado UV de diversos 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 multilámpara de alta velocidad.
Dado que los sistemas de curado UV-LED no emiten longitudes de onda infrarrojas, transfieren inherentemente menos energía térmica a la superficie de curado que las lámparas de vapor de mercurio. Sin embargo, esto no significa que los LED UV deban considerarse una tecnología de curado en frío. Los sistemas de curado UV-LED pueden emitir irradiancias máximas muy elevadas, y las longitudes de onda ultravioleta son una forma de energía. La radiación que no sea absorbida por la reacción química calentará la pieza o el sustrato subyacente, así como los componentes de la máquina circundante.
Los LED UV también son componentes eléctricos con ineficiencias derivadas del diseño y la fabricación del semiconductor, así como de los métodos de fabricación y los componentes utilizados para integrar los LED 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 una matriz de LED UV se convierte en luz ultravioleta (dependiendo en gran medida de la longitud de onda). El resto se transforma en calor que debe disiparse para mantener la temperatura de unión deseada y garantizar la irradiancia, la densidad energética y la uniformidad del sistema, así como una larga vida útil. Los LED son dispositivos de estado sólido intrínsecamente 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 una mayor probabilidad de sobrecalentarse y fallar catastróficamente.
Lámparas híbridas de arco/LED
En cualquier mercado donde se introduce una tecnología completamente nueva para reemplazar la existente, puede haber recelo respecto a su adopción, así como escepticismo sobre su rendimiento. Los usuarios potenciales suelen retrasar la adopción hasta que se consolida una base de usuarios establecida, se publican estudios de caso, comienzan a circular testimonios positivos y/o obtienen experiencia de primera mano o referencias de personas y empresas de su confianza. A menudo se requieren pruebas contundentes antes de que todo un mercado abandone por completo la tecnología antigua y adopte la nueva. Además, el hecho de que las historias de éxito suelan mantenerse en secreto, ya que los primeros usuarios no desean que la competencia obtenga beneficios similares, dificulta aún más la adopción. Como resultado, historias de decepción, tanto reales como exageradas, pueden repercutir 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, los diseños híbridos se han adoptado con frecuencia como un puente de transición entre la tecnología existente y la nueva. Los sistemas híbridos permiten a los usuarios adquirir 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 al 100 % con LED, al 100 % con vapor de mercurio o con cualquier combinación de ambas tecnologías que se requiera para un trabajo específico.
GEW ofrece sistemas híbridos de arco/LED para convertidores de banda. La solución se desarrolló para el mercado principal de GEW, el de etiquetas de banda estrecha, pero el diseño híbrido también se puede utilizar en otras aplicaciones de banda y sin banda (Figura 6). El sistema de arco/LED incorpora una carcasa de cabezal de lámpara común que puede alojar un cartucho de vapor de mercurio o LED. Ambos cartuchos funcionan con un sistema universal de alimentación y control. La inteligencia del sistema permite diferenciar entre los tipos de cartuchos y proporciona automáticamente la alimentación, la refrigeración y la interfaz de operador adecuadas. La extracción o instalación de cualquiera de los cartuchos de vapor de mercurio o LED de GEW se realiza normalmente en segundos con una sola llave Allen.
FIGURA 6 »Sistema de arco/LED para web.
Lámparas de excímeros
Las lámparas de excímero son un tipo de lámpara de descarga de gas que emite energía ultravioleta casi monocromática. Si bien existen lámparas de excímero en numerosas longitudes de onda, las emisiones ultravioleta más comunes se centran en 172, 222, 308 y 351 nm. Las lámparas de excímero de 172 nm se encuentran dentro de la banda UV de vacío (100 a 200 nm), mientras que las de 222 nm corresponden exclusivamente a UVC (200 a 280 nm). Las lámparas de excímero de 308 nm emiten UVB (280 a 315 nm), y las de 351 nm corresponden exclusivamente a UVA (315 a 400 nm).
Las longitudes de onda UV de vacío de 172 nm son más cortas y contienen más energía que la 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 la química formulada con UV. Por lo tanto, las lámparas de excímero de 172 nm solo reticulan 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 de vacío también son absorbidas por el aire, las lámparas de excímero de 172 nm deben funcionar en una atmósfera inerte de nitrógeno.
La mayoría de las lámparas de excímeros constan de un tubo de cuarzo que actúa como barrera dieléctrica. El tubo se llena con gases nobles capaces de formar moléculas de excímero o exciplex (Figura 7). Los distintos gases producen diferentes moléculas, y las distintas moléculas excitadas determinan las longitudes de onda que emite la lámpara. Un electrodo de alto voltaje recorre la longitud interna del tubo de cuarzo, y los electrodos de tierra recorren la longitud externa. Se aplican pulsos de voltaje a la lámpara a altas frecuencias. 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 viajan a través del gas, interactúan con los átomos y crean especies energizadas o ionizadas que producen moléculas de excímero o exciplex. Las moléculas de excímero y exciplex tienen una vida útil increíblemente corta, y al descomponerse de un estado excitado a un estado fundamental, se emiten fotones con una distribución cuasimonocromática.
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 lo tanto, la mayoría de las lámparas de excímero funcionan con poca o ninguna refrigeración. En otros casos, se requiere una refrigeración mínima, que generalmente 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.
Cuando se integran 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 producen efectos de superficie mate. Primero, se utilizan lámparas UVA-LED para gelificar la química. Luego, se emplean lámparas de excímero cuasi-monocromáticas para polimerizar la superficie y, finalmente, lámparas de mercurio de banda ancha reticulan el resto de la química. Las características espectrales únicas de las tres tecnologías aplicadas en etapas separadas proporcionan 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 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 de superficies, la desinfección y los tratamientos de energía superficial.
Vida útil de la lámpara
En cuanto a la vida útil de las lámparas o bombillas, las lámparas de arco de GEW suelen durar hasta 2000 horas. Sin embargo, la vida útil no es absoluta, ya que la emisión de 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. Los sistemas UV diseñados correctamente garantizan que se proporcione la potencia y la refrigeración adecuadas para el diseño específico de la lámpara (bombilla).
Las lámparas (bombillas) suministradas por GEW siempre ofrecen la mayor vida útil cuando se utilizan en sistemas de curado GEW. Los proveedores secundarios generalmente han replicado la lámpara a partir de una muestra, y las copias pueden no tener el mismo conector, diámetro de cuarzo, contenido de mercurio o mezcla de gases, factores que pueden afectar la emisión de UV y la generación de calor. Cuando la generación de calor no se equilibra con la refrigeración del sistema, la lámpara sufre una disminución tanto en la emisión como en la vida útil. Las lámparas que funcionan a menor temperatura emiten menos UV. Las lámparas que funcionan a mayor temperatura duran menos y se deforman a altas temperaturas superficiales.
La vida útil de las lámparas de arco de electrodo está limitada por la 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 cantidad del electrodo de tungsteno. Con el tiempo, la lámpara dejará de encenderse. Las lámparas de arco de electrodo incorporan mecanismos de obturación que, al activarse, bloquean la emisión de rayos UV como alternativa al encendido y apagado repetido. 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 UV-LED 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 limitaciones en cuanto a la intensidad de su funcionamiento y, por lo general, deben operar con temperaturas de unión inferiores a 120 °C. El uso excesivo o insuficiente de los LED compromete su vida útil, lo que provoca una degradación más rápida o una falla catastrófica. No todos los proveedores de sistemas UV-LED ofrecen actualmente diseños que cumplan con las vidas útiles más altas establecidas, superiores a las 20 000 horas. Los sistemas mejor diseñados y mantenidos durarán más de 20 000 horas, mientras que los sistemas inferiores fallarán en periodos 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), provocan que estas se dividan 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 descompone 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 las 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 con parte de la región generadora de ozono, y las lámparas de excímero emiten UV de vacío a 172 nm o UVC a 222 nm. El ozono creado 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 que rodea a los trabajadores, ya que es un 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 se genera ozono.
El ozono tiene un olor similar al del metal, el 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 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 suelen diseñarse para contener el aire de escape a la salida de las lámparas, de modo que pueda canalizarse lejos de los operarios y fuera 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
