Lámparas incandescentes de altísima eficiencia

Justo cuando estábamos enterrando las lámparas incandescentes nos llega una noticia de investigadores japoneses que debemos leer. Investigaciones realizadas por Stanley Electric Corp. (Tsukuba, Japón), Shizuoka University (Shizuoka, Japan), y el National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Tsukuba, Japan) han modificado la radiación del cuerpo negro de una bombilla incandescente, demostrando la posibilidad de una conversión a luz visible con transformación de energía eléctrica en luz visible del 95 % y pavimentando el camino para conseguir eficiencias luminosas más allá de 400 lm/W.

La eficiencia inherente a las lámparas incandescentes tradicionales es tal que solamente el 2 – 5 % de la entrada de energía eléctrica se convierte en luz visible. Las lámparas incandescentes tienen una eficiencia luminosa de tan solo 15 – 20 lm/W y ello está propiciando su sustitución por iluminación LED o fluorescente.

Al contrario que estas fuentes modernas, las lámparas incandescentes no requieren regulación externa, son baratas de producir, y trabajan con corriente continua o alterna en un amplio rango de valores de voltaje. Hasta ahora ha habido intentos fallidos de modificar el espectro de radiación de cuerpo negro de una lámpara incandescente (usando técnicas caras de deposición y litografía). En esta investigación, sin embargo, se ha usado un diseño de emisor selectivo que utiliza revestimientos de film delgado menos caros para mejorar la eficiencia.

Emisividad IR baja y visible alta

Debido a que la radiación visible es típicamente el 10 % de la producida en una bombilla incandescente, en el 90 % IR se diseñó con emisividad visible alta y emisividad IR baja. Usando la ley de Kirchloff, la modelización muestra que un material con alta reflectancia en la longitud de onda IR y baja reflectancia en la región visible muestra una tendencia inversa en emisividad. Imponiendo una reflectividad como función de paso en la superficie del material caliente, la radiación IR se reduce.

Los investigadores fabricaron tal estructura de film delgado (emisor) proyectando metal óxido de cromo de 50 nm de espesor en un sustrato de cobre. Después de la deposición, se depositó una capa de óxido de estaño en la capa de óxido de cromo para actuar como revestimiento antireflexión. Mediciones con un espectrofotómetro de 300 a 1500 nm y mediciones de espectrofotómetro IR de transformación de Fourier de 1500 nm a 20 µm mostraron que el film reducía la radiación IR a longitudes de onda tan cortas como 5.5 µm.

El cambio a emisión visible (longitudes de onda más cortas) ocurren a temperaturas entre 580 y 870 K. Una modelización matemática posterior de la estructura del film delgado como función de la temperatura mostró que el emisor construido con una longitud de onda de corte de reflectancia en la región visible no tendría componente IR en su espectro de radiación y la eficiencia de la conversión excedería el 90 % a 2800 K. Debido a que esta eficiencia es alta, la lámpara puede operar a voltajes más bajos (con temperatura de calentamiento del filamento más baja), extendiendo la vida útil del emisor y de la fuente.

Bibiliografía: Tailored emissivity paves way for 400 lm/W incandescent lamps. Laser Focus World August 2010