Lámpara de yoduro de arco medio Hydrargyrum - Hydrargyrum medium-arc iodide lamp

Una cabeza HMI en un soporte

Medio de arco Hydrargyrum yoduro ( HMI ) es el nombre de marca comercial Osram 's marca de haluro de metal de descarga de gas de la lámpara de arco de longitud media, hecha específicamente para aplicaciones de película y de entretenimiento. Hydrargyrum proviene del nombre griego del elemento mercurio .

Una lámpara HMI utiliza vapor de mercurio mezclado con haluros metálicos en una envoltura de vidrio de cuarzo , con dos electrodos de tungsteno de separación de arco medio. A diferencia de las unidades de iluminación tradicionales que utilizan bombillas incandescentes , las HMI necesitan balastos eléctricos , que están separados del cabezal mediante un cable de cabecera, para limitar la corriente y suministrar el voltaje adecuado. La lámpara funciona creando un arco eléctrico entre dos electrodos dentro de la bombilla que excita el vapor de mercurio presurizado y los haluros metálicos, y proporciona una salida de luz muy alta con mayor eficiencia que las unidades de iluminación incandescente. La ventaja de la eficiencia es casi cuatro veces mayor, con aproximadamente 85-108 lúmenes por vatio de electricidad. A diferencia de las lámparas halógenas incandescentes normales, en las que se utiliza un gas haluro para regenerar el filamento y evitar que el tungsteno evaporado oscurezca el vidrio, el vapor de mercurio y los haluros metálicos de las lámparas HMI son los que emiten la luz. El alto índice de reproducción cromática (CRI) y la temperatura de color se deben a la química específica de la lámpara.

Historia

A fines de la década de 1960, los productores de televisión alemanes solicitaron al desarrollador de lámparas OSRAM que creara un reemplazo más seguro y limpio para la iluminación de arco de carbono utilizada por la industria cinematográfica . Osram desarrolló y comenzó a producir lámparas HMI a pedido de ellos.

Philips produjo una variación de la HMI, una versión de un solo extremo llamada MSR / HR (reencendido en caliente de tierras raras de fuente media). Utiliza una base de lámpara estándar de dos puntas. Para evitar el cambio de color durante el uso, agregaron una envoltura secundaria alrededor de la cámara de gas. Existen varias otras variaciones de bombilla, que incluyen GEMI (yoduro metálico de General Electric), CID (descarga de indio compacto; Thorn EMI, Reino Unido, desde 1990 GE), CSI (yodo de fuente compacta; Thorn EMI, Reino Unido), DAYMAX (fabricado por ILC), y BRITE ARC (| [Sylvania Lighting Inc. (SLI)]). Todas son variaciones y nombres diferentes de esencialmente el mismo concepto.

Se invirtió mucha investigación en hacer que las lámparas HMI fueran más pequeñas debido a su uso en dispositivos de iluminación móviles como los fabricados por Vari-Lite , Martin, Robe y Highend. La principal contribución de Philips después de esto fue la invención de un recubrimiento de fósforo en la soldadura del filamento a la lámina de molibdeno que reduce la oxidación y las fallas tempranas en ese punto, lo que hace que esa área sea capaz de resistir el calor extremo.

Las luces HMI de varios kilovatios se utilizan en la industria del cine y para la proyección de diapositivas en pantalla grande debido a su salida de luz con equilibrio de luz diurna, así como a su eficiencia.

La lámpara es una de las favoritas entre los entusiastas del cine, con una amplia cobertura de las lámparas y su historia en las instituciones educativas.

Parpadeo y temperatura de color

Al igual que las luces fluorescentes , las HMI presentan problemas con la temperatura del color cuando se utilizan para aplicaciones de iluminación de películas o videos. A diferencia de las unidades de iluminación incandescente, que son radiadores de cuerpo negro limitados a un máximo teórico de 3680 K (el punto de fusión del tungsteno), las lámparas HMI, como todas las luces de descarga de gas, emiten las líneas espectrales de emisión de sus elementos constituyentes, elegidas específicamente para que combinadas , se asemejan al espectro de cuerpo negro de una fuente de 6000 K. Esto se asemeja mucho al color de la luz del sol (pero no del tragaluz), porque la superficie del sol es un radiador de cuerpo negro de 6000 K.

Con las bombillas HMI, la temperatura de color varía significativamente con la antigüedad de la lámpara. Por lo general, una bombilla nueva producirá una temperatura de color cercana a los 15.000 K durante sus primeras horas. A medida que la bombilla envejece, la temperatura de color alcanza su valor nominal de alrededor de 5600 K o 6000 K. Con la edad, la longitud del arco aumenta a medida que se queman más electrodos. Esto requiere un voltaje mayor para sostener el arco y, a medida que aumenta el voltaje, la temperatura de color disminuye proporcionalmente a una velocidad de aproximadamente 0,5 a 1 kelvin por cada hora quemada. Por esta razón, y otras razones de seguridad, no se recomienda que las bombillas HMI se utilicen más allá de la mitad de su vida útil.

Las bombillas HMI (como todas las bombillas de arco) necesitan una unidad de limitación de corriente para funcionar. En la sección de lastre a continuación se describen dos formas de hacerlo. El problema del parpadeo existe solo cuando se usa la bombilla en combinación con balasto magnético (los balastos electrónicos producen luz sin parpadeo). Las bombillas HMI (que funcionan con balasto magnético) presentan un problema inherente de posiblemente producir luz en una película o video con un parpadeo notable . Esto es causado por el método por el cual la unidad produce luz. Una HMI, como una unidad de iluminación incandescente, funciona con la red eléctrica, lo que significa que la lámpara se enciende y apaga 100 o 120 veces por segundo (dos veces por cada ciclo de voltaje de línea). Aunque no sea visible para el ojo humano, una película o cámara de video debe estar correctamente sincronizada con este ciclo o cada fotograma grabado mostrará una salida de luz diferente. Aunque las lámparas incandescentes también funcionan con la red eléctrica, no exhiben un parpadeo perceptible porque sus filamentos no se enfrían lo suficiente entre ciclos para que su salida de luz disminuya mucho. Para las lámparas HMI, el parpadeo se puede evitar mediante el uso de balastos electrónicos que ciclan a frecuencias miles de veces más rápido que la frecuencia de la red.

Operación de lastre

Un lastre HMI
Ver también: Lámpara de halogenuros metálicos § Balastos


Para alimentar una bombilla HMI, los balastos especiales actúan como un encendedor para iniciar el arco y luego lo regulan actuando como un estrangulador. Existen dos tipos de balastos: magnéticos y electrónicos (de onda cuadrada o sin parpadeo). Los balastos magnéticos son generalmente mucho más pesados ​​y voluminosos que los balastos electrónicos, ya que consisten principalmente en una red de inductores grandes. Suelen ser más baratos que los balastos electrónicos. Dado que el tipo magnético de balasto no mantiene la descarga continuamente, la lámpara se apaga realmente en los cruces por cero de la forma de onda de la red; a menos que la cámara esté bloqueada en la forma de onda de la red, la diferencia de frecuencia entre la lámpara y el obturador producirá una frecuencia de pulsación que es visible en la grabación resultante. Esta es la razón por la que los estándares de televisión suelen utilizar la frecuencia de la red eléctrica como su velocidad de cuadro básica. Los balastos magnéticos son dispositivos simples en comparación con los balastos electrónicos. Esencialmente, un balasto magnético es una bobina de transformador grande y pesada que utiliza un principio simple para generar los altos voltajes de arranque necesarios para crear un arco en una lámpara fría. La energía de entrada se dirige a una bobina de choque conectada entre la entrada principal y la lámpara. La bobina se puede conectar en varios lugares para proporcionar varios voltajes de entrada (120 V o 240 V) y un voltaje de arranque alto. También se incluyen condensadores para compensar la inductancia de la bobina y mejorar el factor de potencia . Debido a la gran cantidad de corriente que atraviesa el balasto, a menudo se escucha un zumbido bajo debido a la magnetoestricción de las laminaciones de hierro del balasto. Algunos balastos magnéticos tienen aislamiento alrededor de la bobina para un funcionamiento silencioso.

Desde principios de la década de 1990, los balastos electrónicos sin parpadeo (o de onda cuadrada ) se han vuelto cada vez más populares y asequibles como alternativa a los balastos magnéticos al eliminar la mayoría de los problemas asociados con el parpadeo de HMI. Desafortunadamente, su funcionamiento no es tan simple como un balasto magnético. Se puede pensar que los balastos electrónicos funcionan en tres etapas: un convertidor intermedio de CC, un módulo de potencia y un inversor de CA. La energía fluye inicialmente a través de los interruptores principales hacia un filtro de red de RF que evita el flujo de ruido de regreso a la línea de energía entrante. Luego, los rectificadores y capacitores se cargan y descargan para invertir la mitad negativa del ciclo de CA y convertir la línea en voltaje de CC positivo . A esto se le llama intermedio DC. En la segunda etapa, un convertidor reductor toma del intermedio de CC y regula la corriente a la electrónica de potencia final a través de un tablero de control electrónico. Esta placa de control ajusta cuidadosamente el ciclo de trabajo de alta frecuencia de sus transistores para mantener un color y una salida de luz óptimos a medida que la lámpara envejece. Finalmente, la corriente regulada se invierte mediante una placa de convertidor LF que utiliza cuatro transistores bipolares de puerta aislada ( IGBT ) para cambiar la CC a 60 Hz precisamente en una CA de onda cuadrada (a diferencia del patrón sinusoidal de la línea CA). Los líderes en este campo incluyen Power Gems Corp, B&S y Mytronic.

Al utilizar una salida de onda cuadrada que no esté referenciada a la frecuencia de ciclo de la línea, se puede producir una salida sin parpadeo. Dado que los IGBT se encienden y apagan a una velocidad de ciclo regulada, un generador puede estar ligeramente fuera de velocidad y la lámpara aún no parpadeará, lo que no es el caso con un balasto magnético estándar. La naturaleza de onda cuadrada de la salida da como resultado una salida de potencia en línea recta de la lámpara. El tiempo en el que los cátodos no emiten electrones de energía suficientemente alta es muy corto, lo que significa que puede ocurrir una filmación segura (sin parpadeo) a velocidades de fotogramas de la cámara de hasta 10,000 fotogramas / s en la mayoría de los balastos electrónicos.

Desafortunadamente, este encendido y apagado muy brusco inherente a la forma de onda cuadrada provoca vibraciones de frecuencia extremadamente alta en la lámpara. Se puede pensar en una onda cuadrada como una suma infinita de armónicos impares, que incluirán frecuencias en la frecuencia de resonancia de la bombilla, lo que hará que vibre a esa frecuencia como una campana o un silbato. La carcasa de la lámpara no ayuda en esto, actuando como una cámara de resonancia que amplifica el ruido y presenta un problema para la grabación de sonido sincronizado para películas y videos. Para corregir esto, la mayoría de los balastos electrónicos están equipados con un modo silencioso que elimina las frecuencias más altas, pero redondea la transición de voltaje, causando el mismo problema de parpadeo con el magnetismo, aunque en menor medida. Este modo proporciona una filmación segura y sin parpadeos a velocidades de cuadro de hasta 24 cuadros / s en la mayoría de los balastos electrónicos.

Además de resolver los problemas de parpadeo, los balastos electrónicos también ofrecen otras ventajas sobre los balastos magnéticos. Con un voltaje de onda cuadrada, los cátodos pasan mucho más tiempo emitiendo electrones y excitando el plasma, creando una ganancia de 5 a 10% en la salida de luz. La naturaleza de onda cuadrada del flujo de energía permite extender la vida útil de la lámpara hasta en un 20%. La mayoría de los balastos modernos ahora también están equipados con un atenuador, que usa modulación de ancho de pulso para atenuar la lámpara hasta en un 50%, o hasta un punto de luz. A diferencia de una luz basada en tungsteno, que tiene un cambio de temperatura de color negativo con una caída en la potencia, los espectros de emisión de mercurio se hacen cargo con una caída en la potencia (aproximadamente 200 K más azul al 50% de salida).

Seguridad

Las lámparas HMI tienen aproximadamente la misma temperatura de color que el sol al mediodía (6000 K) y, al igual que otras lámparas de descarga de alta intensidad que contienen mercurio, generan luz ultravioleta . Cada dispositivo HMI tiene una cubierta de vidrio de seguridad UV que debe usarse para proteger a las personas que puedan estar frente a la luz. La exposición a una lámpara sin protección puede provocar daños en la retina y quemaduras graves en la piel.

Las lámparas HMI pueden alcanzar voltajes de encendido de hasta 70.000 V cuando se calientan y se consideran muy peligrosas si están mal cableadas. Es una buena práctica apagar la luz del balasto y no del cabezal, en caso de que haya un cortocircuito en el cabezal de la lámpara. También se deben seguir los procedimientos de golpe adecuados, como llamar una advertencia vocal cada vez que se enciende una luz para advertir a las personas en el área. Además, el cable del cabezal debe estar conectado de manera adecuada y segura. Casi todos los cables colectores de hoy en día están equipados con accesorios de 'bloqueo por torsión' en cada extremo para garantizar una conexión segura y precisa, tanto en el balasto como en la carcasa de la lámpara.

En todas las lámparas de cuarzo que tienen llenado de gas, hay un área pequeña que parece un pezón. De hecho, es la ubicación del tubo de escape donde se llenó la lámpara con su mezcla de gases. La posición del pezón es muy importante y, si está orientado en sentido contrario, puede aparecer como una sombra en la trayectoria óptica. Siempre que sea posible, la punta de escape debe estar orientada hacia arriba o hasta 45 grados desde la vertical. Esto mantendrá la punta en el lugar más caliente y evitará que los yoduros y los metales de tierras raras se acumulen en ella cuando la lámpara se enfríe. Si la punta está orientada hacia abajo, los metales de tierras raras se acumularán en ella con el tiempo y el color de la lámpara cambiará ya que ya no se incluyen en el arco de plasma.

Además de estas preocupaciones, se sabe que las lámparas HMI se rompen al final de su vida útil o si se someten a un estrés suficiente. Si bien no son tan violentos como la explosión de una bombilla de arco corto de xenón , requieren precaución. Como resultado, las lámparas HMI no deben usarse más allá de la mitad de su vida útil, y se debe tener cuidado con las lámparas más grandes al encenderlas (encender la lámpara), ya que es más probable que una lámpara explote dentro de los primeros cinco minutos después del encendido. Por esta razón, cada lámpara HMI generalmente llevará consigo un registro detallado del número de golpes y el número de horas que se ha utilizado. Se debe tener cuidado al transportar la lámpara y reemplazar las lámparas. Los gases en una lámpara HMI están bajo una presión muy pequeña, pero aumenta con la temperatura. Al igual que con las bombillas halógenas de cuarzo, se debe tener cuidado de no tocar el vidrio directamente, ya que los aceites de la piel que quedan en el sobre pueden calentarse más allá de la temperatura de trabajo del sobre y causar burbujas y / o un punto débil. Por esta razón, cada vez que se manipula una lámpara, se debe limpiar con una toallita con alcohol isopropílico. La mayoría de los diseños de las carcasas de las lámparas son intrínsecamente más resistentes y gruesos que las unidades de tungsteno tradicionales, de modo que, en caso de explosión de una bombilla, los que están cerca están protegidos de los escombros que vuelan. Existe la posibilidad de que el elemento de la lente frontal en el cabezal de la lámpara se agriete por el choque térmico (aunque no explote o rompa por completo). Siempre se deben seguir los procedimientos de seguridad adecuados al usar unidades HMI, ya que pueden ser peligrosas si se usan incorrectamente.

En 2014, el periodista Kerry Sanders informó que había estado ciego durante 36 horas como resultado de la sobreexposición a la luz ultravioleta de una lámpara HMI que funcionaba mal. Si el accesorio hubiera incluido protección UV como lo requiere OSHA, la salida de la lámpara no habría tenido ningún efecto.

Ver también

Referencias

General