UV en el espectro electromagnético

Las tintas y revestimientos reactivos a la luz ultravioleta requieren una fuente de luz ultravioleta de alta intensidad para iniciar una reacción química que cura la tinta o el revestimiento casi instantáneamente. La luz ultravioleta constituye una pequeña parte del espectro electromagnético, que abarca desde las ondas de radio, en el extremo de onda larga, hasta los rayos X y gamma, en el extremo de onda corta. El gráfico muestra cómo encajan las longitudes de onda ultravioleta en el espectro electromagnético.

Formas de curar y estilos de lámparas

Las longitudes de onda ultravioleta más adecuadas para el curado de las tintas se sitúan entre 200 y 400 nanómetros.

Existen varios tipos de lámparas adecuadas para generar estas longitudes de onda, siendo las principales las lámparas de arco de mercurio de alta presión, las lámparas sin electrodos y las lámparas de arco de mercurio de media presión.

La lámpara de arco de mercurio de alta presión se construye generalmente como un tubo de tipo capilar y requiere una camisa de agua para mantener las temperaturas de funcionamiento correctas. Estas lámparas están limitadas a longitudes cortas y su vida útil suele ser inferior a 1.000 horas.

Como su nombre indica, la lámpara de arco de mercurio sin electrodos no tiene electrodos. El arco se establece mediante la generación de microondas. Este tipo de lámparas se fabrican generalmente en dos longitudes estándar, 6 pulgadas y 10 pulgadas.

La más utilizada con diferencia es la lámpara de arco de mercurio a media presión (lámpara MPMA). Puede estar refrigerada por aire o por agua y fabricarse en una amplia gama de longitudes. No son raras las lámparas individuales de dos metros de longitud, y la vida útil de las lámparas MPMA puede superar con creces las 1.000 horas.

Acerca del diseño de lámparas

El cuerpo de la lámpara está fabricado con un tubo transparente de sílice vítrea de distintos diámetros y grosores de pared. Este material, denominado cuarzo, posee importantes propiedades vitales para el funcionamiento eficaz de un sistema ultravioleta. Tiene un 90% de transparencia a la luz ultravioleta, mientras que el vidrio normal filtra todo excepto las longitudes de onda más largas y débiles. La temperatura superficial de una lámpara ultravioleta en condiciones normales de funcionamiento oscila entre 600°C y 800°C. El cuarzo es capaz de soportar estas temperaturas, ya que tiene una característica de dilatación térmica muy baja y una temperatura de fusión elevada.

Los electrodos, que sostienen el arco de alta tensión, están fabricados con una varilla de tungsteno bobinada con alambre de tungsteno. El tungsteno es necesario para soportar temperaturas internas del arco superiores a 3000°C. Los electrodos deben diseñarse cuidadosamente para garantizar un funcionamiento eficaz y fiable y una larga vida útil de la lámpara. Los parámetros que afectan a este diseño son extremadamente complejos.

Debido a las temperaturas de funcionamiento extremadamente elevadas y a la característica de baja dilatación del cuarzo, la selección correcta de un material adecuado para conectar el electrodo en el interior de la envoltura con la fuente de alimentación en el exterior de la envoltura es extremadamente importante.

El material elegido en este caso es la lámina de molibdeno, que tiene un bajo coeficiente de dilatación y es capaz de soportar la alta tensión necesaria para mantener un arco estable.

Las conexiones eléctricas adicionales se realizan con cable de alta temperatura. El aislamiento eléctrico en el extremo de la lámpara se puede lograr mediante el uso de una tapa de extremo de cerámica.

Salida espectral de una lámpara MPMA

Como ya se ha dicho, la obtención de las longitudes de onda precisas de luz ultravioleta adecuadas para el curado de tintas y revestimientos ultravioleta es muy importante para que un sistema sea altamente eficaz.

Las lámparas MPMA no sólo emiten luz ultravioleta, sino también luz visible y longitudes de onda en el espectro infrarrojo. De hecho, todas las lámparas emiten aproximadamente un 20% de luz ultravioleta, un 60% de luz infrarroja y un 20% de luz visible. Por lo tanto, al seleccionar una lámpara, es importante examinar detenidamente la potencia en el espectro ultravioleta, que a veces se expresa gráficamente, mostrando la potencia proporcional a las longitudes de onda ultravioleta importantes. Aquí se muestra un gráfico de una lámpara MPMA Primarc típica.

Vida de la lámpara

Las lámparas de arco de mercurio de media presión no suelen fallar repentinamente, como ocurre con las bombillas domésticas normales. La eficacia disminuye con relativa lentitud, hasta que la luz UV emitida es insuficiente para que la lámpara cure eficazmente. Esta disminución se debe principalmente al deterioro de la transparencia UV de la cubierta de cuarzo y depende de varios factores: la eficacia de la refrigeración de la lámpara, la potencia nominal, la intensidad nominal de los electrodos, la eficacia de la refrigeración de los electrodos, la contaminación de la superficie externa de la lámpara (polvo, etc.) y la frecuencia de conmutación.

Cuando se utilizan correctamente, las lámparas de curado UV Primarc garantizan un alto nivel de eficacia de curado durante al menos 1.500 horas y, con un manejo adecuado, seguirán siendo capaces de proporcionar al menos el 80% de la producción original.