NeoFronteras

Incandescencia eficiente

Área: Física — Miércoles, 17 de Junio de 2009

Un tratamiento del filamento de las bombillas corrientes hace que éstas sean mucho más eficientes.

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¿Ha sustituido ya las bombillas tradicionales de su casa por lámparas fluorescentes? No le faltan razones, las bombillas de incandescencia son terriblemente ineficientes, la mayor parte de la energía que consumen se escapa en forma de calor que no ilumina. Si todos usáramos este tipo de iluminación evitaríamos la emisión de miles de toneladas de dióxido de carbono debido a los procesos de producción de energía eléctrica que usan combustibles fósiles. Pero la luz de una bombilla es más agradable y cálida que la de un fluorescentes y el encendido es instantáneo. Además los fluorescentes contienen mercurio, metal tóxico que contamina las aguas del planeta. Así por ejemplo el atún que usted consume contiene ese metal y afecta su sistema nervioso.
No estaría mal que las bombillas incandescentes incrementaran su eficiencia. Ahora un grupo de científicos de University of Rochester ha desarrollado un sistema mediante el cual se puede doblar el rendimiento de este tipo de bombillas. Consiste en un tratamiento previo con láser del filamento de wolframio de las mismas.
Este proceso crea una una superficie nanoestructurada sobre el filamento que hace que éste sea mucho más negro que el habitual. Según la ley de Kirchhoff la emisión de un objeto en equilibrio térmico es proporcional a su absorción. Anatoliy Vorobeyv y Chunlei Guo pensaron que si podían “ennegrecer” el filamento lo suficiente aumentaría la emisión del mismo cuando éste se calentase.
Previamente ya habían estudiado cómo los láseres ultrarrápidos afectaban a la superficie de los metales. Así que, a través del vidrio de la ampolla, aplicaron un haz láser directamente sobre el filamento de una bombilla corriente, alterando una pequeña región de éste. Cuando encendieron la bombilla comprobaron que la región tratada era mucho más brillante que el resto.
El láser empleado era un láser pulsado de femtosegundo de alta potencia. Para hacerse una idea de lo corto que son sus pulsos piense que un femtosegundo es a un segundo lo que un segundo es a 32 millones de años. Durante ese tiempo el láser libera tanta potencia como todo el sistema eléctrico de EEUU (no confundir potencia con energía, este láser puede alimentarse con un enchufe corriente) sobre un área equivalente a la punta de un alfiler. Esta liberación súbita de energía sobre ese área tan pequeña hace que la superficie del metal se altere, creándose formaciones de micro y nanoestructuras, lo que se traduce en la obtención de una superficie extraordinariamente negra, capaz de absorber casi toda la luz que le llega. Como resultado el filamento es muy eficiente emitiendo luz cuando se calienta al paso de la corriente eléctrica.
Los pulsos en este caso son de 65 femtosegundos, de una longitud de onda de 800nm y se dan a frecuencia de repetición (no confundir con la frecuencia propia de la onda luminosa) de 1kHz.
El número de pulsos no afectaban linealmente la emisión del filamento. Comprobaron que un tratamiento de 500 pulsos producía un gran incremento en el rendimiento, pero 4000 pulsos sólo lo aumentaba levemente. La emisión obtenida dependía además de la longitud de onda estudiada. A 400 nm el aumento era de un 25%, pero a 800nm era del 55%. Lo malo es que parte de la emisión sigue cayendo en el infrarrojo, que es una parte del espectro que el ojo humano no ve.
Las imágenes de microscopía electrónica de barrido muestran que la superficie del wolframio tratada adopta una estructura periódica de nanoestructuras. Los investigadores creen que estas nanoestructuras aumentan los plasmones superficiales térmicamente excitados que se acoplan a la emisión electromagnética del espacio vacío, aumentando así la emisión de luz.
Este tipo de tratamiento fue utilizado por estos investigadores el año pasado para cambiar el color de casi cualquier metal, obteniendo versiones azules, doradas y grises de ellos. Esto lo conseguían produciendo microestructuras superficiales de distintos tamaños promedios para cada uno de esos colores. Utilizando esta misma técnica pueden “sintonizar” la luz que emite un filamento de bombilla al calentarse. Ya pueden, por ejemplo, hacer que un metal emita una luz más azul al calentarse. Como el wolframio normalmente irradia una luz amarillenta, este tipo de tratamiento puede conseguir que emita una luz más blanca similar a la solar.
Incluso han conseguido que el filamento emita luz parcialmente polarizada, cosa anteriormente imposible sin la utilización de filtros. Este resultado lo consiguen creado microestructuras dispuestas en forma de filas paralelas.
Al final puede que a la tradicional bombilla le quede más tiempo que el que creemos.

Fuentes y referencias:
A. Y. Vorobyev, V. S. Makin, and Chunlei Guo. Dramatic increase in emission efficiency of incandescent light sources. Physical Review Letters, 2009; (accepted)
Nota de prensa.
Noticia en Physicsworld.
Ilustración: “Blue Bulb” por loomitz, vía Flickr.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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8 Comentarios

  1. Alejandro Sánchez:

    Ojalá que se industrialice pronto, porque los focos de mercurio cansan mucho la vista por el tipo de luz que emiten.

  2. ___Emilio:

    Creo que el futuro de la iluminación pasa por los LED´s.
    En cualquier caso, eliminar todas las bombillas de incandescencia haría que cerrasen una central nuclear en España…
    Es un factor a considerar frente al mercurio de las bombillas de bajo consumo… ya que atún, pez espada, marrajo (en especial) y los pescados (en general) tienen mercurio… y no veo a Felipe “nuclear” Gonzalez decir nada sobre el peligro del atún y sí lo bonito que es tener una central nuclear en tu jardín.

    Saludos!

  3. NeoFronteras:

    Quizás lo interesante sería cerrar una central térmica en lugar de la nuclear para reducir emisiones. Al menos así se intentaría cumplir lo hipócritamente firmado en Kioto para presumir de progres y que no cumplimos. La fiebre de la construcción con su producción de cemento y ladrillos, y la “importación” de 5 millones de trabajadores extranjeros también han contribuido bastante al incremento de emisiones, así como la compra masiva (y voluntaria) de vehículos 4×4 o aparatos de aire acondicionado, el uso de aviones oficiales para vuelos privados, las horas y horas de consumo y producción de telebasura, trenes de alta velocidad cuyos billetes son muy caros y que van medio vacíos para comodidad de los ejecutivos que los usan, fundición de estatuas para adornar glorietas y que están hechas por el amigo (mal)artista del alcalde de turno, farolas que sobreiluminan y nos quitan el cielo estrellado, autobuses urbanos que contaminan más que si todos sus ocupantes fueran cada uno en su coche, obras urbanas innecesarias pertenecientes a no sé qué planes, filmación de películas (¡menudos focos usan!) subvencionadas que absolutamente nadie quiere ver ni gratis… Y así muchos factores, pero alguien decide qué es y qué no es políticamente correcto basándose en no se sabe qué misteriosos criterios. Al final nos metemos contra las pobres bombillas que no saben defenderse. !Si Edison levantara la cabeza! :-)

  4. david:

    WoW. Sigue así.

  5. Ander:

    La verdad es que yo, y sé que no soy el único, estoy siempre con sensación de culpa.
    Por una parte soy consciente de que las nuevas bombillas son más eficientes y duraderas que las de filamento pero, por otro, la luz de los fluorescentes me deja machacado; con la sensación de que la luz ‘vibra’. Por ello, una noticia como la que recoges es un alivio.
    Ahora es sólo cuestión de ver si llega a ser comercialmente viable, como todo.

  6. RicardM:

    Apreciado Neo, curiosidad off-topic: Parece ser que Edison no invento la bombilla (entre otras cosas, que tampoco invento). Visto en http://jawadonweb.com/?page_id=900.
    Saludos.

  7. Jose M. Pineiro:

    Unas precisiones a este estupendo artículo:

    - Los fluorescentes actuales emiten con la tonalidad que quieras (temperatura de color desde 3000ºK a 7000ºK). Ademas tienes CRI (el parecido a la luz del sol) de hasta un 94%.

    - Los fluorescentes que se comercializan actualmente en la UE no contienen mercurio.

    - Un fluorescente da cuatro veces mas luz que una bombilla (a igualdad de consumo). Por tanto aunque doblemos la eficiencia de la bombilla todavia el fluorescente gana por goleada.

    - Un fluorescente dura unas 10 veces más que una bombilla incandescante. Como no cuesta 10 veces mas, sigue siendo mas rentable poner un fluorescente.

    En caso de que no os gusten los fluorescentes tenéis bombillas compactas que no son mas que un fluorescente doblado. Tienen las mismas virtudes que un fluorescente y tienen la misma rosca, forma y tamaño que una bombilla normal.
    Si aun así no os gustan, tenéis actualmente bombillas halógenas con la misma forma tamaño y rosca que una bombilla normal. Su eficiencia es el doble que una incandescente y su precio similar a una compacta.
    En conclusión, sustituir vuestras bombillas pos compactas o al menos por halógenas. El sobrecoste los recuperareis en menos de un año (ahora la electricidad es muy cara) y continuareis ahorrando durante otros 7 años.

  8. NeoFronteras:

    Es difícil concebir un fluorescente sin vapor de mercurio. La alternativa es el vapor de sodio que proporciona una luz amarillenta. Otra cosa es que la normativa obligue a un cantidad máxima de ese metal.
    En el tubo (enrollado o no) hay una gas que bajo las descargas eléctricas produce luz UV. Esta luz choca contra el recubrimiento interior de fósforo y éste fluoresce en el visible.
    Hay alguna patente al respecto pero no parece que se hayan comercializado. Si tiene datos sobre qué gas meten en lugar de mercurio en esos supuestos tubos fluorescentes comerciales hágamelo saber, por favor.

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