envejecimiento de las lámparas UV y los LED UV
Las lámparas UV y los LED UV pierden irradiancia durante el funcionamiento y, en parte, modifican su espectro – en el caso de los emisores dopados, de forma notable. La vida útil típica oscila entre 500 y 2000 h para las lámparas de alta presión y entre 8000 y 12 000 h para las lámparas de baja presión, hasta 10 000–20 000 h para los LED UV. Solo una medición con un radiómetro calibrado muestra cuánto se ha desviado un sistema.
Medir la irradiancia de las fuentes de luz UV de alta potencia es esencial para los procesos de curado por radiación UV, ya que requieren un control preciso de la dosis. El curado UV utiliza luz UV para la polimerización mediante fotoiniciadores en los materiales, donde la exposición es crítica. Los radiómetros UV se emplean para medir con precisión la intensidad UV y la dosis (J/cm²), y los detectores deben tener una alta sensibilidad espectral para cumplir con los requisitos.
Tipos de fuentes de luz utilizadas para generar radiación UV:
- Lámparas de descarga de gas de alta potencia:
Estas lámparas producen una radiación UV intensa mediante mercurio vaporizado a alta temperatura en un tubo de cuarzo, con la posibilidad de ajustar la emisión espectral mediante dopantes metálicos. - LED UV de alta potencia:
Ofrecen ventajas como la eficiencia energética, la disponibilidad inmediata para su uso y una larga vida útil, aunque hay que tener en cuenta la estabilidad de la longitud de onda dependiente de la temperatura y los efectos de envejecimiento.
Hasta qué punto se ha desviado un dispositivo se hace visible al compararlo con una calibración UV reciente.
Por ello, la vida útil de las lámparas UV no puede indicarse únicamente en horas de funcionamiento: lo que importa es el momento en que la irradiancia cae por debajo del valor que el proceso necesita, lo cual depende de los ciclos de conmutación, la temperatura y el ensuciamiento.
Vida útil de las lámparas UV y los LED UV
| Tipo de fuente de luz UV | Descripción | Vida útil típica de la lámpara |
| Lámpara UV (baja presión) | Utilizada en la desinfección (del agua) | 8000–12000 horas |
| Lámparas de amalgama | Mayor eficiencia y vida útil más larga | 12000–16000 horas |
| LED UV | Ahorro de energía; para aplicaciones más pequeñas | UVA hasta 10000 horas, UVB/UVC hasta 5000 horas |
| Módulos LED UV | Unidades modulares; personalizables | UVA hasta 10000 horas, UVB/UVC hasta 5000 horas |
| Lámparas de alta presión | Intensidad UV muy alta; espectro amplio | 500–2000 horas |
| Lámparas de xenón pulsadas | Destellos de luz UV intensos para máxima intensidad | 1000–3000 horas |
| Lámparas excimer | Específicas; estrechas | 5000–8000 horas |
| Lámpara UV (presión media) | Adecuada para aplicaciones industriales | 1000–4000 horas |
| Lámpara UV (presión media, dopada) | Dopada con hierro o galio para espectros especiales | 600–2000 horas |
| Lámpara de arco corto de xenón | Alta intensidad y espectro amplio | 500–2000 horas |
Debido al envejecimiento de las lámparas UV y los LED UV, son necesarias mediciones periódicas. Pero...
¿Por qué envejecen las lámparas UV?
Las lámparas UV envejecen debido a varios procesos físicos y químicos:
- Erosión de los electrodos: los electrodos de la lámpara se desgastan con el tiempo debido al proceso de descarga eléctrica, lo que reduce su eficiencia.
- Evaporación de materiales: los materiales dentro de la lámpara, como el mercurio y el wolframio, pueden evaporarse y depositarse en las partes más frías de la lámpara, reduciendo el flujo luminoso por absorción.
- Degradación del fósforo: en las lámparas fluorescentes, un fósforo convierte la radiación de 254 nm en UVA o UVB; este se degrada con el tiempo, reduciendo la irradiancia.
- Solarización: la radiación UV puede modificar el material de la lámpara, especialmente el vidrio de cuarzo, con el tiempo, reduciendo la transmitancia de la luz UV.
Estos factores combinados reducen el flujo luminoso de la lámpara con el tiempo, por lo que se requiere un mantenimiento o una sustitución periódicos.
Y...
¿Por qué envejecen los LED UV?
Como todos los componentes electrónicos, los LED UV también están sujetos al envejecimiento. Como ocurre con todos los productos, la calidad de las lámparas de LED UV varía considerablemente. A lo largo de la vida útil de las lámparas de LED UV, se produce una disminución continua del flujo luminoso UV. Esto se denomina degradación. Entre los factores que influyen en el envejecimiento de los LED se encuentran, en particular, la temperatura de servicio y la corriente de funcionamiento. Los LED UV envejecen por varias razones, relacionadas principalmente con las propiedades inherentes de los materiales y las condiciones de funcionamiento:
- Degradación térmica: el calor generado durante la conversión de la energía eléctrica en luz puede dañar los materiales semiconductores de los LED y reducir su eficiencia.
- Oxidación y humedad: la exposición al oxígeno y a la humedad puede dañar los materiales del LED, especialmente los electrodos y los compuestos.
- Fatiga del material: la expansión y contracción repetidas debidas a las fluctuaciones de temperatura pueden provocar fatiga del material, lo que afecta al rendimiento
Estos factores combinados reducen la salida de las lámparas UV y los LED UV con el tiempo, lo que significa que su intensidad luminosa y su vida útil son limitadas.
Tras una fase de rodaje con una caída más pronunciada, la degradación avanza de forma casi lineal durante varios miles de horas. Un segundo mecanismo de fallo es el fallo espontáneo de los LED UV.
Los fallos espontáneos de los LED UV pueden deberse a varios mecanismos, incluida la descarga electrostática (ESD), que puede dañar los componentes mediante un pico de tensión repentino. También pueden producirse fallos en los hilos conductores, en los que los diminutos hilos que conectan los chips LED con los terminales dejan de funcionar.
Los defectos en el propio material semiconductor, como grietas o imperfecciones en las capas semiconductoras, también pueden provocar el fallo repentino de LED UV individuales. Este tipo de fallos suelen producirse sin previo aviso y provocan una pérdida inmediata de la función del LED.
Se considera que los LED UV son superiores a las lámparas UV tradicionales en algunos aspectos del envejecimiento:
- Durabilidad: los LED UV alcanzan una vida útil más larga con una buena refrigeración y son insensibles a los daños mecánicos.
- Estabilidad: ofrecen una mejor estabilidad de la longitud de onda a lo largo del tiempo, ya que se ven menos afectados por las fluctuaciones térmicas.
- Eficiencia: los LED UV utilizan la energía de forma más eficiente y generan menos calor residual, lo que prolonga aún más su vida útil.
Las principales diferencias entre el envejecimiento de las lámparas UV y los LED UV:
Las principales diferencias en el envejecimiento residen, por tanto, en la forma en que las distintas fuentes de luz gestionan el calor y la fatiga del material, lo que influye positivamente en la eficiencia y la longevidad de los LED UV.
Estaremos encantados de ayudarle a seleccionar equipos de medición UV para comprobar el envejecimiento UV de lámparas de descarga de gas de alta potencia y LED UV. Opsytec ofrece equipos de medición especialmente desarrollados que garantizan una medición UV precisa y fiable, y que además permiten calibraciones conforme a DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03.
El diagrama ilustra la curva de envejecimiento típica de un LED UV, caracterizada por una caída inicial pronunciada del rendimiento en las primeras horas de funcionamiento. Tras esta disminución inicial, la pérdida de potencia se estabiliza y sigue una degradación gradual, casi lineal, con el tiempo. Esta reducción continua de la emisión de luz continúa hasta que el LED llega al final de su vida útil y finalmente falla por completo sin emitir ninguna radiación:
Lo que significa el envejecimiento de una fuente para los procesos de producción e inspección en curso se muestra en las páginas de aplicación curado UV en la industria del automóvil y tecnología UV para el sector aeroespacial.
¿Cuánto ha envejecido una fuente? La irradiancia cuando es nueva y la medida hoy dan la degradación, y el factor de mantenimiento con el que se diseña un sistema, de modo que siga proporcionando la dosis requerida al final del intervalo de sustitución. Ambos valores deben medirse en el mismo rango espectral y a la misma distancia.
La calculadora se ejecuta en su navegador; no se transmiten datos.
Radiómetro UV recomendado para envejecimiento UV
Radiómetro RMD Pro
Radiómetro portátil totalmente digital para irradiancia y dosis, con dos entradas de sensor y 8 GB de memoria.
UVpad
Radiómetro espectral plano, de 14,4 mm de altura, para sistemas transportadores, de 200 a 440 nm con un ancho de banda de 2 nm.
curelog
Radiómetro y dosímetro plano que recorre sistemas transportadores UV a hasta 2000 lecturas/s, en hasta cuatro rangos espectrales.
Preguntas frecuentes sobre el envejecimiento y el control del rendimiento
¿Cómo se puede controlar la potencia de salida de un LED UV?
Midiendo la irradiancia en el punto de acción, no a partir de la corriente de funcionamiento ni de las horas de servicio. Los LED UV pierden potencia radiante de forma continua; los factores decisivos son la temperatura de unión y la corriente de excitación, y cada aumento de 10 °C en la temperatura de unión reduce a la mitad la vida útil L70. Un enfoque adecuado consiste en registrar un valor inicial tras el rodaje como referencia y establecer un umbral de aviso como porcentaje de dicho valor. Las cifras típicas de vida útil de hasta 10 000 horas (UVA) o 5 000 horas (UVB/UVC) solo son válidas en las condiciones de funcionamiento especificadas.
¿Cómo se detecta el envejecimiento de una lámpara UV?
Por la disminución de la irradiancia en condiciones idénticas, es decir, medida en la misma posición, a la misma distancia y a la misma temperatura de servicio. Cuatro procesos actúan conjuntamente: la erosión de los electrodos, la evaporación de material que se condensa en las partes más frías de la lámpara, la degradación del fósforo y la solarización del vidrio de cuarzo. Las horas de servicio solo son una referencia aproximada: las lámparas de baja presión alcanzan de 8 000 a 12 000 horas, las de media presión de 1 000 a 4 000, y las de media presión dopadas de 600 a 2 000.
Autor: Dr. Mark Paravia
El Dr.-Ing. Mark Paravia es el director general de Opsytec Dr. Gröbel GmbH en Ettlingen y dirige el laboratorio de calibración acreditado. Tras sus investigaciones sobre descargas de excímeros de xenón pulsadas en el Institute of Lighting Technology del KIT, su enfoque actual se centra en la tecnología de medición de radiación óptica. Es vicepresidente del comité de normalización DIN FNL 7 «Optical Radiation» y miembro del grupo de proyecto de la DVGW sobre desinfección UV.
