Vapor de mercúrio, diodo emissor de luz (LED) e excímero são tecnologias distintas de lâmpadas de cura UV. Embora todos os três sejam usados em vários processos de fotopolimerização para reticulação de tintas, revestimentos, adesivos e extrusões, os mecanismos que geram a energia UV irradiada, bem como as características da saída espectral correspondente, são completamente diferentes. Compreender essas diferenças é fundamental no desenvolvimento de aplicações e formulações, na seleção da fonte de cura UV e na integração.
Lâmpadas de vapor de mercúrio
Tanto as lâmpadas de arco com eletrodo quanto as lâmpadas de microondas sem eletrodo se enquadram na categoria de vapor de mercúrio. As lâmpadas de vapor de mercúrio são um tipo de lâmpada de descarga de gás de média pressão nas quais uma pequena quantidade de mercúrio elementar e gás inerte são vaporizados em um plasma dentro de um tubo de quartzo selado. O plasma é um gás ionizado de temperatura incrivelmente alta, capaz de conduzir eletricidade. É produzido pela aplicação de uma tensão elétrica entre dois eletrodos dentro de uma lâmpada de arco ou por micro-ondas de uma lâmpada sem eletrodo dentro de um invólucro ou cavidade semelhante em conceito a um forno de microondas doméstico. Uma vez vaporizado, o plasma de mercúrio emite luz de amplo espectro nos comprimentos de onda ultravioleta, visível e infravermelho.
No caso de uma lâmpada de arco elétrico, uma tensão aplicada energiza o tubo de quartzo selado. Essa energia vaporiza o mercúrio em um plasma e libera elétrons dos átomos vaporizados. Uma porção de elétrons (-) flui em direção ao eletrodo positivo de tungstênio ou ânodo (+) da lâmpada e para o circuito elétrico do sistema UV. Os átomos com novos elétrons perdidos tornam-se cátions energizados positivamente (+) que fluem em direção ao eletrodo ou cátodo de tungstênio carregado negativamente da lâmpada (-). À medida que se movem, os cátions atingem átomos neutros na mistura gasosa. O impacto transfere elétrons de átomos neutros para cátions. À medida que os cátions ganham elétrons, eles caem para um estado de energia mais baixa. O diferencial de energia é descarregado na forma de fótons que irradiam para fora do tubo de quartzo. Desde que a lâmpada esteja adequadamente alimentada, resfriada corretamente e operada dentro de sua vida útil, um suprimento constante de cátions (+) recém-criados gravita em direção ao eletrodo negativo ou cátodo (-), atingindo mais átomos e produzindo emissão contínua de luz UV. As lâmpadas de microondas operam de maneira semelhante, exceto que as microondas, também conhecidas como radiofrequência (RF), substituem o circuito elétrico. Como as lâmpadas de micro-ondas não possuem eletrodos de tungstênio e são simplesmente um tubo de quartzo selado contendo mercúrio e gás inerte, elas são comumente chamadas de sem eletrodo.
A saída UV de lâmpadas de vapor de mercúrio de banda larga ou amplo espectro abrange comprimentos de onda ultravioleta, visível e infravermelho, em proporção aproximadamente igual. A porção ultravioleta inclui uma mistura de comprimentos de onda UVC (200 a 280 nm), UVB (280 a 315 nm), UVA (315 a 400 nm) e UVV (400 a 450 nm). Lâmpadas que emitem UVC em comprimentos de onda abaixo de 240 nm geram ozônio e requerem exaustão ou filtração.
A saída espectral de uma lâmpada de vapor de mercúrio pode ser alterada pela adição de pequenas quantidades de dopantes, como: ferro (Fe), gálio (Ga), chumbo (Pb), estanho (Sn), bismuto (Bi) ou índio (In ). Os metais adicionados alteram a composição do plasma e, consequentemente, a energia liberada quando os cátions adquirem elétrons. Lâmpadas com metais adicionados são chamadas de dopadas, aditivas e de iodetos metálicos. A maioria das tintas, revestimentos, adesivos e extrusões formulados com UV são projetados para corresponder à saída de lâmpadas dopadas com mercúrio (Hg) ou ferro (Fe) padrão. As lâmpadas dopadas com ferro mudam parte da saída UV para comprimentos de onda mais longos e quase visíveis, o que resulta em melhor penetração através de formulações mais espessas e altamente pigmentadas. As formulações UV contendo dióxido de titânio tendem a curar melhor com lâmpadas dopadas com gálio (GA). Isso ocorre porque as lâmpadas de gálio deslocam uma parte significativa da saída UV para comprimentos de onda superiores a 380 nm. Como os aditivos de dióxido de titânio geralmente não absorvem luz acima de 380 nm, o uso de lâmpadas de gálio com formulações brancas permite que mais energia UV seja absorvida pelos fotoiniciadores, em oposição aos aditivos.
Os perfis espectrais fornecem aos formuladores e usuários finais uma representação visual de como a saída irradiada de um projeto de lâmpada específico é distribuída por todo o espectro eletromagnético. Embora o mercúrio vaporizado e os metais aditivos tenham características de radiação definidas, a mistura precisa de elementos e gases inertes dentro do tubo de quartzo, juntamente com a construção da lâmpada e o design do sistema de cura, influenciam a saída de UV. A saída espectral de uma lâmpada não integrada alimentada e medida por um fornecedor de lâmpadas ao ar livre terá uma saída espectral diferente de uma lâmpada montada dentro de uma cabeça de lâmpada com refletor e resfriamento adequadamente projetados. Perfis espectrais estão prontamente disponíveis em fornecedores de sistemas UV e são úteis no desenvolvimento de formulações e na seleção de lâmpadas.
Um perfil espectral comum representa a irradiância espectral no eixo y e o comprimento de onda no eixo x. A irradiância espectral pode ser exibida de diversas maneiras, incluindo valor absoluto (por exemplo, W/cm2/nm) ou medidas arbitrárias, relativas ou normalizadas (sem unidade). Os perfis geralmente exibem as informações como um gráfico de linhas ou um gráfico de barras que agrupa a saída em bandas de 10 nm. O seguinte gráfico de saída espectral da lâmpada de arco de mercúrio mostra a irradiância relativa em relação ao comprimento de onda para os sistemas GEW (Figura 1).
FIGURA 1 »Gráficos de saída espectral para mercúrio e ferro.
Lâmpada é o termo usado para se referir ao tubo de quartzo emissor de UV na Europa e na Ásia, enquanto os norte-americanos e do sul tendem a usar uma mistura intercambiável de lâmpada e lâmpada. A lâmpada e a cabeça da lâmpada referem-se ao conjunto completo que abriga o tubo de quartzo e todos os outros componentes mecânicos e elétricos.
Lâmpadas de arco de eletrodo
Os sistemas de lâmpadas de arco de eletrodo consistem em um cabeçote de lâmpada, um ventilador de resfriamento ou resfriador, uma fonte de alimentação e uma interface homem-máquina (HMI). A cabeça da lâmpada inclui uma lâmpada (lâmpada), um refletor, uma caixa ou invólucro de metal, um conjunto de veneziana e, às vezes, uma janela de quartzo ou proteção de arame. A GEW monta seus tubos de quartzo, refletores e mecanismos de obturador dentro de conjuntos de cassetes que podem ser facilmente removidos do invólucro ou carcaça externa da cabeça da lâmpada. A remoção de um cassete GEW normalmente é realizada em segundos usando uma única chave Allen. Como a saída UV, o tamanho e formato geral da cabeça da lâmpada, os recursos do sistema e as necessidades de equipamentos auxiliares variam de acordo com a aplicação e o mercado, os sistemas de lâmpadas de arco de eletrodo são geralmente projetados para uma determinada categoria de aplicações ou tipos de máquinas semelhantes.
As lâmpadas de vapor de mercúrio emitem 360° de luz do tubo de quartzo. Os sistemas de lâmpada de arco usam refletores localizados nas laterais e na parte traseira da lâmpada para capturar e focar mais luz a uma distância especificada na frente da cabeça da lâmpada. Essa distância é conhecida como foco e é onde a irradiância é maior. As lâmpadas de arco normalmente emitem na faixa de 5 a 12 W/cm2 no foco. Como cerca de 70% da emissão UV da cabeça da lâmpada vem do refletor, é importante manter os refletores limpos e substituí-los periodicamente. Não limpar ou substituir os refletores é um fator comum que contribui para a cura insuficiente.
Há mais de 30 anos, a GEW vem melhorando a eficiência de seus sistemas de cura, personalizando recursos e resultados para atender às necessidades de aplicações e mercados específicos e desenvolvendo um grande portfólio de acessórios de integração. Como resultado, as ofertas comerciais atuais da GEW incorporam designs de carcaça compactos, refletores otimizados para maior refletância de UV e infravermelho reduzido, mecanismos de obturador integrados e silenciosos, saias e slots de banda, alimentação de banda em concha, inerção de nitrogênio, cabeçotes pressurizados positivamente, tela sensível ao toque interface do operador, fontes de alimentação de estado sólido, maior eficiência operacional, monitoramento de saída UV e monitoramento remoto do sistema.
Quando lâmpadas de eletrodo de média pressão estão funcionando, a temperatura da superfície do quartzo está entre 600 °C e 800 °C, e a temperatura interna do plasma é de vários milhares de graus centígrados. O ar forçado é o principal meio de manter a temperatura correta de operação da lâmpada e remover parte da energia infravermelha irradiada. A GEW fornece esse ar negativamente; isso significa que o ar é puxado através do invólucro, ao longo do refletor e da lâmpada, e é expelido para fora do conjunto e para longe da máquina ou da superfície de cura. Alguns sistemas GEW, como o E4C, utilizam refrigeração líquida, o que permite uma saída UV ligeiramente maior e reduz o tamanho geral da cabeça da lâmpada.
As lâmpadas de arco de eletrodo possuem ciclos de aquecimento e resfriamento. As lâmpadas acendem com resfriamento mínimo. Isso permite que o plasma de mercúrio suba até a temperatura operacional desejada, produza elétrons e cátions livres e permita o fluxo de corrente. Quando a cabeça da lâmpada é desligada, o resfriamento continua por alguns minutos para resfriar uniformemente o tubo de quartzo. Uma lâmpada que esteja muito quente não acenderá novamente e deverá continuar esfriando. A duração do ciclo de inicialização e resfriamento, bem como a degradação dos eletrodos durante cada ataque de tensão é a razão pela qual os mecanismos de obturador pneumáticos são sempre integrados nos conjuntos de lâmpadas de arco de eletrodos GEW. A Figura 2 mostra lâmpadas de arco com eletrodo resfriadas a ar (E2C) e resfriadas a líquido (E4C).
FIGURA 2 »Lâmpadas de arco com eletrodo refrigeradas a líquido (E4C) e a ar (E2C).
Lâmpadas UV LED
Semicondutores são materiais sólidos e cristalinos que são um tanto condutivos. A eletricidade flui através de um semicondutor melhor do que um isolante, mas não tão bem quanto um condutor metálico. Os semicondutores de ocorrência natural, mas bastante ineficientes, incluem os elementos silício, germânio e selênio. Semicondutores fabricados sinteticamente, projetados para rendimento e eficiência, são materiais compostos com impurezas precisamente impregnadas na estrutura cristalina. No caso de LEDs UV, o nitreto de alumínio e gálio (AlGaN) é um material comumente usado.
Os semicondutores são fundamentais para a eletrônica moderna e são projetados para formar transistores, diodos, diodos emissores de luz e microprocessadores. Dispositivos semicondutores são integrados em circuitos elétricos e montados dentro de produtos como telefones celulares, laptops, tablets, eletrodomésticos, aviões, carros, controles remotos e até brinquedos infantis. Esses componentes minúsculos, mas poderosos, fazem com que os produtos de uso diário funcionem, ao mesmo tempo que permitem que os itens sejam compactos, mais finos, leves e mais acessíveis.
No caso especial dos LEDs, materiais semicondutores projetados e fabricados com precisão emitem faixas de luz de comprimento de onda relativamente estreitas quando conectados a uma fonte de energia CC. A luz é gerada somente quando a corrente flui do ânodo positivo (+) para o cátodo negativo (-) de cada LED. Como a saída de LED é controlada de forma rápida e fácil e quase monocromática, os LEDs são ideais para uso como: luzes indicadoras; sinais de comunicação infravermelhos; iluminação de fundo para TVs, laptops, tablets e smartphones; letreiros eletrônicos, outdoors e jumbotrons; e cura UV.
Um LED é uma junção positiva-negativa (junção pn). Isso significa que uma parte do LED tem carga positiva e é chamada de ânodo (+), e a outra parte tem carga negativa e é chamada de cátodo (-). Embora ambos os lados sejam relativamente condutores, o limite da junção onde os dois lados se encontram, conhecido como zona de depleção, não é condutor. Quando o terminal positivo (+) de uma fonte de energia de corrente contínua (DC) está conectado ao ânodo (+) do LED, e o terminal negativo (-) da fonte está conectado ao cátodo (-), elétrons carregados negativamente no cátodo e as vagas de elétrons carregadas positivamente no ânodo são repelidas pela fonte de energia e empurradas em direção à zona de depleção. Esta é uma polarização direta e tem o efeito de superar o limite não condutivo. O resultado é que os elétrons livres na região do tipo n cruzam e preenchem as vagas na região do tipo p. À medida que os elétrons fluem através da fronteira, eles transitam para um estado de energia mais baixa. A respectiva queda de energia é liberada do semicondutor na forma de fótons de luz.
Os materiais e dopantes que formam a estrutura cristalina do LED determinam a saída espectral. Hoje, as fontes de cura LED disponíveis comercialmente têm saídas ultravioletas centradas em 365, 385, 395 e 405 nm, uma tolerância típica de ±5 nm e uma distribuição espectral gaussiana. Quanto maior o pico de irradiância espectral (W/cm2/nm), maior o pico da curva em sino. Embora o desenvolvimento de UVC esteja em andamento entre 275 e 285 nm, a produção, a vida útil, a confiabilidade e o custo ainda não são comercialmente viáveis para sistemas e aplicações de cura.
Como a saída UV-LED está atualmente limitada a comprimentos de onda UVA mais longos, um sistema de cura UV-LED não emite a saída espectral de banda larga característica das lâmpadas de vapor de mercúrio de média pressão. Isso significa que os sistemas de cura UV-LED não emitem UVC, UVB, a maior parte da luz visível e comprimentos de onda infravermelhos geradores de calor. Embora isso permita que os sistemas de cura UV-LED sejam utilizados em aplicações mais sensíveis ao calor, as tintas, revestimentos e adesivos existentes formulados para lâmpadas de mercúrio de média pressão devem ser reformulados para sistemas de cura UV-LED. Felizmente, os fornecedores de produtos químicos estão cada vez mais projetando ofertas como cura dupla. Isto significa que uma formulação de cura dupla destinada a curar com uma lâmpada UV-LED também curará com uma lâmpada de vapor de mercúrio (Figura 3).
FIGURA 3 »Gráfico de saída espectral para LED.
Os sistemas de cura UV-LED da GEW emitem até 30 W/cm2 na janela de emissão. Ao contrário das lâmpadas de arco de eletrodo, os sistemas de cura UV-LED não incorporam refletores que direcionam os raios de luz para um foco concentrado. Como resultado, o pico de irradiância do LED UV ocorre próximo à janela emissora. Os raios UV-LED emitidos divergem entre si à medida que a distância entre a cabeça da lâmpada e a superfície de cura aumenta. Isto reduz a concentração de luz e a magnitude da irradiância que atinge a superfície de cura. Embora o pico de irradiância seja importante para a reticulação, uma irradiância cada vez mais elevada nem sempre é vantajosa e pode até inibir uma maior densidade de reticulação. Comprimento de onda (nm), irradiância (W/cm2) e densidade de energia (J/cm2) desempenham papéis críticos na cura, e seu impacto coletivo na cura deve ser devidamente compreendido durante a seleção da fonte UV-LED.
LEDs são fontes lambertianas. Em outras palavras, cada LED UV emite uma saída direta uniforme em um hemisfério completo de 360° x 180°. Numerosos LEDs UV, cada um da ordem de um milímetro quadrado, são organizados em uma única linha, uma matriz de linhas e colunas ou alguma outra configuração. Esses subconjuntos, conhecidos como módulos ou matrizes, são projetados com espaçamento entre LEDs que garante a combinação entre as lacunas e facilita o resfriamento do diodo. Vários módulos ou matrizes são então organizados em conjuntos maiores para formar vários tamanhos de sistemas de cura UV (Figuras 4 e 5). Os componentes adicionais necessários para construir um sistema de cura UV-LED incluem o dissipador de calor, a janela emissora, drivers eletrônicos, fontes de alimentação CC, um sistema de refrigeração líquida ou resfriador e uma interface homem-máquina (HMI).
FIGURA 4 »O sistema LeoLED para web.
FIGURA 5 »Sistema LeoLED para instalações multilâmpadas de alta velocidade.
Uma vez que os sistemas de cura UV-LED não irradiam comprimentos de onda infravermelhos. Eles transferem inerentemente menos energia térmica para a superfície de cura do que as lâmpadas de vapor de mercúrio, mas isso não significa que os LEDs UV devam ser considerados uma tecnologia de cura a frio. Os sistemas de cura UV-LED podem emitir picos de irradiância muito altos e os comprimentos de onda ultravioleta são uma forma de energia. Qualquer resultado que não seja absorvido pela química aquecerá a peça ou substrato subjacente, bem como os componentes circundantes da máquina.
Os LEDs UV também são componentes elétricos com ineficiências causadas pelo projeto e fabricação do semicondutor bruto, bem como pelos métodos de fabricação e componentes usados para embalar os LEDs na unidade de cura maior. Embora a temperatura de um tubo de quartzo de vapor de mercúrio deva ser mantida entre 600 e 800 °C durante a operação, a temperatura da junção pn do LED deve permanecer abaixo de 120 °C. Apenas 35-50% da eletricidade que alimenta um conjunto de LED UV é convertida em saída ultravioleta (altamente dependente do comprimento de onda). O restante é transformado em calor térmico que deve ser removido para manter a temperatura de junção desejada e garantir a irradiância, densidade de energia e uniformidade especificadas do sistema, bem como uma longa vida útil. Os LEDs são dispositivos de estado sólido inerentemente duradouros, e a integração de LEDs em conjuntos maiores com sistemas de resfriamento adequadamente projetados e mantidos é fundamental para alcançar especificações de longa vida útil. Nem todos os sistemas de cura UV são iguais, e sistemas de cura UV-LED mal projetados e resfriados têm maior probabilidade de superaquecer e falhar catastroficamente.
Lâmpadas Híbridas Arco/LED
Em qualquer mercado onde uma tecnologia totalmente nova é introduzida como substituto da tecnologia existente, pode haver receio quanto à adoção, bem como ceticismo em relação ao desempenho. Os usuários potenciais muitas vezes atrasam a adoção até que uma base de instalação bem estabelecida seja formada, estudos de caso sejam publicados, depoimentos positivos comecem a circular em massa e/ou obtenham experiência em primeira mão ou referências de indivíduos e empresas que conhecem e confiam. Freqüentemente, são necessárias evidências concretas antes que todo um mercado abandone completamente o antigo e faça a transição total para o novo. Não ajuda o facto de as histórias de sucesso tenderem a ser segredos bem guardados, uma vez que os primeiros adoptantes não querem que os concorrentes obtenham benefícios comparáveis. Como resultado, histórias de desilusão reais e exageradas podem por vezes repercutir em todo o mercado, camuflando os verdadeiros méritos das novas tecnologias e atrasando ainda mais a sua adopção.
Ao longo da história, e como forma de contrariar a adopção relutante, os designs híbridos têm sido frequentemente adoptados como uma ponte de transição entre a tecnologia existente e a nova tecnologia. Os híbridos permitem que os usuários ganhem confiança e determinem por si mesmos como e quando novos produtos ou métodos devem ser usados, sem sacrificar as capacidades atuais. No caso da cura UV, um sistema híbrido permite aos usuários alternar rápida e facilmente entre lâmpadas de vapor de mercúrio e tecnologia LED. Para linhas com múltiplas estações de cura, os híbridos permitem que as prensas operem 100% LED, 100% vapor de mercúrio ou qualquer combinação das duas tecnologias necessária para um determinado trabalho.
A GEW oferece sistemas híbridos arco/LED para conversores de banda. A solução foi desenvolvida para o maior mercado da GEW, etiqueta de banda estreita, mas o design híbrido também pode ser usado em outras aplicações web e não web (Figura 6). O arco/LED incorpora um cabeçote de lâmpada comum que pode acomodar um vapor de mercúrio ou um cassete de LED. Ambos os cassetes funcionam com um sistema universal de alimentação e controle. A inteligência dentro do sistema permite a diferenciação entre os tipos de cassetes e fornece automaticamente a energia, o resfriamento e a interface do operador adequados. A remoção ou instalação de vapor de mercúrio ou cassetes de LED da GEW normalmente é realizada em segundos usando uma única chave Allen.
FIGURA 6 »Sistema Arc/LED para web.
Lâmpadas Excimer
As lâmpadas Excimer são um tipo de lâmpada de descarga de gás que emite energia ultravioleta quase monocromática. Embora as lâmpadas excimer estejam disponíveis em vários comprimentos de onda, as saídas ultravioleta comuns estão centradas em 172, 222, 308 e 351 nm. As lâmpadas excimer de 172 nm estão dentro da banda UV de vácuo (100 a 200 nm), enquanto 222 nm são exclusivamente UVC (200 a 280 nm). As lâmpadas excimer de 308 nm emitem UVB (280 a 315 nm) e 351 nm são solidamente UVA (315 a 400 nm).
Os comprimentos de onda UV de vácuo de 172 nm são mais curtos e contêm mais energia que o UVC; no entanto, eles lutam para penetrar profundamente nas substâncias. Na verdade, os comprimentos de onda de 172 nm são completamente absorvidos nos principais 10 a 200 nm da química formulada em UV. Como resultado, as lâmpadas excimer de 172 nm reticulam apenas a superfície mais externa das formulações UV e devem ser integradas em combinação com outros dispositivos de cura. Como os comprimentos de onda UV do vácuo também são absorvidos pelo ar, as lâmpadas excimer de 172 nm devem ser operadas em uma atmosfera inertizada com nitrogênio.
A maioria das lâmpadas excimer consiste em um tubo de quartzo que serve como barreira dielétrica. O tubo é preenchido com gases raros capazes de formar moléculas de excímero ou exciplex (Figura 7). Gases diferentes produzem moléculas diferentes, e as diferentes moléculas excitadas determinam quais comprimentos de onda são emitidos pela lâmpada. Um eletrodo de alta tensão corre ao longo do comprimento interno do tubo de quartzo e eletrodos de aterramento correm ao longo do comprimento externo. As tensões são pulsadas na lâmpada em altas frequências. Isso faz com que os elétrons fluam dentro do eletrodo interno e sejam descarregados através da mistura gasosa em direção aos eletrodos de aterramento externos. Este fenômeno científico é conhecido como descarga de barreira dielétrica (DBD). À medida que os elétrons viajam através do gás, eles interagem com os átomos e criam espécies energizadas ou ionizadas que produzem moléculas excimer ou exciplex. As moléculas de excímero e exciplex têm uma vida incrivelmente curta e, à medida que se decompõem de um estado excitado para um estado fundamental, são emitidos fótons de distribuição quase monocromática.
FIGURA 7 »Lâmpada de excímero
Ao contrário das lâmpadas de vapor de mercúrio, a superfície do tubo de quartzo de uma lâmpada excimer não esquenta. Como resultado, a maioria das lâmpadas excimer funciona com pouco ou nenhum resfriamento. Em outros casos, é necessário um baixo nível de resfriamento, normalmente fornecido pelo gás nitrogênio. Devido à estabilidade térmica da lâmpada, as lâmpadas excimer são 'ON/OFF' instantâneas e não necessitam de ciclos de aquecimento ou resfriamento.
Quando lâmpadas excimer que irradiam a 172 nm são integradas em combinação com sistemas de cura UVA-LED quase monocromáticos e lâmpadas de vapor de mercúrio de banda larga, são produzidos efeitos de superfície fosca. As lâmpadas LED UVA são usadas pela primeira vez para gelificar a química. Lâmpadas excimer quase monocromáticas são então usadas para polimerizar a superfície e, por último, lâmpadas de mercúrio de banda larga reticulam o resto da química. Os resultados espectrais exclusivos das três tecnologias aplicadas em estágios separados proporcionam efeitos benéficos de cura de superfície óptica e funcional que não podem ser alcançados com qualquer uma das fontes de UV por si só.
Os comprimentos de onda de excimer de 172 e 222 nm também são eficazes na destruição de substâncias orgânicas perigosas e bactérias nocivas, o que torna as lâmpadas de excimer práticas para limpeza de superfícies, desinfecção e tratamentos de energia de superfície.
Vida útil da lâmpada
Com relação à vida útil da lâmpada, as lâmpadas de arco GEW geralmente duram até 2.000 horas. A vida útil da lâmpada não é absoluta, pois a emissão de UV diminui gradualmente ao longo do tempo e é afetada por vários fatores. O design e a qualidade da lâmpada, bem como as condições de operação do sistema UV e a reatividade da formulação são importantes. Sistemas UV adequadamente projetados garantem que a energia e o resfriamento corretos exigidos pelo design específico da lâmpada (lâmpada) sejam fornecidos.
As lâmpadas (lâmpadas) fornecidas pela GEW sempre proporcionam a vida útil mais longa quando usadas em sistemas de cura GEW. Fontes de alimentação secundárias geralmente fazem engenharia reversa da lâmpada a partir de uma amostra, e as cópias podem não conter o mesmo encaixe final, diâmetro de quartzo, teor de mercúrio ou mistura de gases, o que pode afetar a saída de UV e a geração de calor. Quando a geração de calor não é equilibrada com o resfriamento do sistema, a lâmpada sofre tanto na produção quanto na vida útil. Lâmpadas que funcionam mais frias emitem menos UV. As lâmpadas que esquentam mais não duram tanto e deformam em altas temperaturas de superfície.
A vida útil das lâmpadas de arco com eletrodo é limitada pela temperatura operacional da lâmpada, pelo número de horas de funcionamento e pelo número de partidas ou acionamentos. Cada vez que uma lâmpada é atingida por um arco de alta tensão durante a inicialização, um pedaço do eletrodo de tungstênio se desgasta. Eventualmente, a lâmpada não acenderá novamente. As lâmpadas de arco de eletrodo incorporam mecanismos de obturador que, quando acionados, bloqueiam a saída de UV como uma alternativa aos ciclos repetidos de alimentação da lâmpada. Tintas, revestimentos e adesivos mais reativos podem resultar em maior vida útil da lâmpada; ao passo que formulações menos reativas podem exigir trocas de lâmpada mais frequentes.
Os sistemas UV-LED são inerentemente mais duradouros do que as lâmpadas convencionais, mas a vida útil dos UV-LED também não é absoluta. Tal como acontece com as lâmpadas convencionais, os LED UV têm limites na intensidade com que podem ser acionados e geralmente devem operar com temperaturas de junção abaixo de 120 °C. LEDs com excesso de acionamento e LEDs com resfriamento insuficiente comprometerão a vida útil, resultando em degradação mais rápida ou falha catastrófica. Nem todos os fornecedores de sistemas UV-LED oferecem atualmente projetos que atendam às vidas úteis mais altas estabelecidas, superiores a 20.000 horas. Os sistemas melhor projetados e mantidos durarão mais de 20.000 horas, e os sistemas inferiores falharão em períodos muito mais curtos. A boa notícia é que os projetos de sistemas LED continuam a melhorar e a durar mais a cada iteração do projeto.
Ozônio
Quando comprimentos de onda UVC mais curtos impactam as moléculas de oxigênio (O2), eles fazem com que as moléculas de oxigênio (O2) se dividam em dois átomos de oxigênio (O). Os átomos de oxigênio livres (O) colidem com outras moléculas de oxigênio (O2) e formam o ozônio (O3). Como o trioxigênio (O3) é menos estável ao nível do solo do que o dioxigênio (O2), o ozônio reverte rapidamente para uma molécula de oxigênio (O2) e um átomo de oxigênio (O) à medida que flutua no ar atmosférico. Os átomos de oxigênio livres (O) então se recombinam entre si dentro do sistema de exaustão para produzir moléculas de oxigênio (O2).
Para aplicações industriais de cura UV, o ozônio (O3) é produzido quando o oxigênio atmosférico interage com comprimentos de onda ultravioleta abaixo de 240 nm. Fontes de cura por vapor de mercúrio de banda larga emitem UVC entre 200 e 280 nm, que se sobrepõe a parte da região geradora de ozônio, e lâmpadas excimer emitem UV de vácuo a 172 nm ou UVC a 222 nm. O ozônio criado pelo vapor de mercúrio e pelas lâmpadas de excimer é instável e não representa uma preocupação ambiental significativa, mas é necessário que seja removido da área imediata ao redor dos trabalhadores, pois é um irritante respiratório e tóxico em níveis elevados. Como os sistemas comerciais de cura UV-LED emitem radiação UVA entre 365 e 405 nm, o ozônio não é gerado.
O ozônio tem um odor semelhante ao cheiro de metal, fio queimado, cloro e faísca elétrica. Os sentidos olfativos humanos podem detectar ozônio em quantidades tão baixas quanto 0,01 a 0,03 partes por milhão (ppm). Embora varie de acordo com a pessoa e o nível de atividade, concentrações superiores a 0,4 ppm podem causar efeitos respiratórios adversos e dores de cabeça. Ventilação adequada deve ser instalada nas linhas de cura UV para limitar a exposição dos trabalhadores ao ozônio.
Os sistemas de cura UV são geralmente projetados para conter o ar de exaustão à medida que ele sai dos cabeçotes da lâmpada, para que possa ser conduzido para longe dos operadores e para fora do edifício, onde se decompõe naturalmente na presença de oxigênio e luz solar. Alternativamente, as lâmpadas sem ozônio incorporam um aditivo de quartzo que bloqueia os comprimentos de onda geradores de ozônio, e as instalações que desejam evitar dutos ou furos no telhado geralmente empregam filtros na saída dos exaustores.
Horário da postagem: 19 de junho de 2024
