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Cómo la tecnología LED puede llevar la desinfección por UV-C al mercado de consumo

tecnologia led

Andrew Fawcett, Senior Product Mánager de Farnell

La pandemia del COVID-diecinueve prueba la relevancia de prevenir la transmisión viral de tantas formas como resulte posible. Aparte de la transmisión aérea por sprays, el contacto con superficies tiene un efecto significativo en los índices de contagio del virus SARS-CoV-dos y de muchos otros como la gripe, que golpean a nuestra sociedad. Para contestar a esta pandemia y limitar la amenaza de otros virus que puedan aparecer en el futuro es esencial la descontaminación activa de las superficies en el ambiente industrial, médico y comercial, de este modo coo en el transporte público. La luz ultravioleta UV-C se está transformando en una herramienta esencial para conseguir la descontaminación.

La UV-C engloba longitudes de onda de doscientos a doscientos ochenta nm y representa la parte más energética de la banda ultravioleta en el espectro. La capacidad de la luz UV-C de inhibir los virus se conoce desde principios del siglo veinte. La luz es muy eficaz para romper links químicos esenciales en el ADN y el ARN de las partículas del virus. Este proceso las desactiva a un estado inocuo. No obstante, la luz UV-C asimismo ataca el ADN de nuestros cuerpos, lo que ha limitado frecuentemente el empleo de la radiación UV-C para la esterilización a aquellos casos en que la luz se puede confinar, por poner un ejemplo, en cámaras de esterilización y compartimentos de limpieza en las unidades de aire acondicionado.

Otro inconveniente de UV-C es el costo y la disponibilidad de las fuentes de luz basadas eminentemente en cilindros de descarga de mercurio, que no solo son costosos sino además de esto suponen un riesgo de polución. Esto ha limitado el empleo de esta técnica a aplicaciones en las que solo se precisa descontaminar áreas pequeñas.

La inteligencia artificial por sensores en robótica facilita el despliegue de UV-C

Frente a la necesidad de supervisar la propagación del virus SARS-CoV-dos, el enfoque ha alterado cara el empleo de UV-C para tratar áreas de mayor tamaño. Los avances en tecnología han tolerado que sea más seguro, rentable y práctico aplicar la radiación UV-C a una pluralidad considerablemente mayor de aplicaciones. Un cambio esencial es la creciente disponibilidad de la inteligencia artificial por sensores que puede determinar en qué momento es seguro emplear UV-C. Un caso de esto es la aplicación de UV-C para adecentar los botones de los elevadores. Se puede configurar la fuente de luz a fin de que se active solo cuando el elevador esté vacío, y de este modo asegurar que los botones estén listos para el próximo usuario.

Otro cambio es la posibilidad de emplear la robótica para supervisar la aplicación de UV-C, que por su parte ayuda a reducir una desventaja esencial de la esterilización por luz: el efecto del sombreado. La luz solo puede esterilizar las superficies que toca, con lo que puede ser bastante difícil esterilizar por completo una habitación con camas y equipos médicos que se obstruyen entre sí. Los robots pueden examinar las formas y calcular las trayectorias que maximizarán el área de cobertura y combatirán los efectos del sombreado. Los primeros proyectos, como las pruebas de desinfección de autobuses en Shanghái, empleaban fuentes de luz puestas manualmente y matrices fijas en un área cubierta alrededor del vehículo. En nuestros días el empleo de los robots móviles facilita cubrir ahora las superficies que por norma general estarían sombreadas con la iluminación fija, como la parte trasera de los asientos. De modo afín, los robots móviles pueden asegurar el empleo uniforme de UV-C en un centro de salud mientras que el área de tratamiento esté vacía. Aun con una cobertura básica, se ha probado que el tratamiento con UV-C es más eficaz que la limpieza manual con desinfectantes. La radiación por UV-C se puede efectuar en menos de diez minutos en frente de los cuarenta minutos que requieren los tratamientos químicos.

Costo y disponibilidad son los factores clave

La tecnología led, por su parte, aborda el tema de la disponibilidad de fuentes de luz rentables. Los led hace mucho son capaces de generar luz ultravioleta. Los led son un componente esencial de muchos productos de iluminación en los que se emplea fósforo blanco para transformar en luz perceptible y aprovechable los rayos UV generados por una matriz led basada en nitruro de galio. No obstante, las longitudes de onda más cortas de la banda UV-C requieren nuevos materiales que incorporen el nitruro de galio.

El día de hoy los led UV-C usan nitruro de galio-aluminio (AlGaN) en lugar del nitruro de galio-indio (InGaN) que se emplea en los led azules y verdes. Existen suficientes elementos en común entre ellos para utilizar procesos de epitaxia afines, lo que quiere decir que se puede recurrir a obleas de nitruro de galio, silicio o bien carburo de silicio. La diferencia primordial radica en la necesidad de que las obleas puedan resistir mayores temperaturas a lo largo del procesamiento. Se precisan temperaturas de hasta mil cuatrocientos °C para depositar cristales de AIGaN de alta calidad a través de epitaxia.

Productos de UV-C de alta intensidad para descontaminación

Los fabricantes han solucionado los inconvenientes de producción y comercializan ahora fuentes UV-C de alta eficacia basadas en la tecnología led. Osram Opto Semiconductors lanzó dos led UV-C con un pico de longitud de onda de doscientos setenta y cinco nm. El SU CULBN1.VC está optimado para un bajo consumo en aplicaciones portátiles o bien equipos familiares, su flujo brillante es de cuatro con siete mW y el ángulo es de 120° de media intensidad. Con exactamente el mismo ángulo de media intensidad y una emisión de hasta cuarenta y dos mW, el SU CULDN1.VC es capaz para aplicaciones que precisan altos niveles de cobertura UV-C en áreas de importante tamaño, como la limpieza de automóviles o bien el tratamiento de aire y agua a gran escala.

Un factor esencial en el diseño de los productos de Osram es que emplea un solo encapsulado. Al emplear un tamaño de encapsulado único, los productos dejan el diseño de gamas de equipos destinados a diferentes mercados con un solo encapsulado mecánico. El empleo de un diseño de encapsulado cerámico da una larga vida operativa y una elevada resistencia térmica.

Con un ángulo de 60° de media intensidad y un flujo de salida de tres con cinco mW, el VLMU35CL2.-doscientos setenta y cinco-ciento veinte producido por Vishay Semiconductors es capaz para diseños en aplicaciones selectivas de UV-C. Los CB2 y CT2 de la gama de productos aumentan el flujo de salida a hasta diez mW y diecinueve mW respectivamente para los sistemas que precisan generar radiación de mayor intensidad en el rango de longitud de onda de doscientos setenta nm a doscientos ochenta y cinco nm. Los productos en la gama de Vishay son capaces para aplicaciones industriales que requieren un rango de temperatura ampliado entre -cuarenta °C y ochenta °C.

Para los sistemas que demandan determinadas combinaciones de flujo de salida, longitud de onda y ángulo de iluminación, Intelligent led Solutions (ILS) ha desarrollado una extensa selección de productos basados en la tecnología led de TSLC. Las gamas N3535 y N5050 dejan elegir las longitudes de onda en los rangos UV-C de doscientos sesenta a doscientos setenta nm y doscientos setenta a doscientos noventa nm aparte del rango de trescientos a trescientos veinte nm. De esta manera se puede afinar la salida para apuntar a diferentes patógenos.

La óptica y las medidas son vitales en el diseño de UV-C

El vidrio usual no es transparente, mas tanto el cuarzo como el silicio dejan el paso de la luz UV-C. El silicio usual empleado en otros led puede degradarse bajo una intensa radiación de UV-C, mas los fabricantes han desarrollado nuevas fórmulas a fin de que el silicio subsista. Un diseño frecuente del encapsulado consiste en unir una ventana de cuarzo y una lente de enfoque de silicio. Para facilitar el diseño de sistemas de radiación de un área, ILS ofrece el óptico VIOLET de LEDiL. Se trata de una matriz de doce lentes de silicio que se pueden encapsular conjuntamente con múltiples fuentes de luz UV-C y está libre en 3 ángulos de haz de catorce, veinte y sesenta grados para acrecentar la flexibilidad de diseño.

Con una longitud de onda por fuera del rango perceptible y peligrosa para la salud tanto para los virus, la capacidad de controlar de manera segura las emisiones de UV-C a lo largo del diseño es un requisito vital. El fotómetro y registrador de datos SDL470 UVA/UVC elaborado por Extech Instruments deja registrar por largos periodos el desempeño de las fuentes de luz UV. El registrador de datos tiene sondas para UV-A y UV-C a doscientos cincuenta y cuatro nm, que los productos de esterilización en general producen a niveles inferiores con picos de cerca de doscientos setenta nm. La velocidad de muestreo se puede ajustar entre 1 y tres mil seiscientos segundos para compensar la capacidad de registro en un largo plazo y la resolución temporal.

La desinfección UV-C con ayuda de la tecnología led impulsa la creación de muchas aplicaciones novedosas para distintos mercados, mas la posibilidad de incorporarla a los diseños va a ser vital. Los distribuidores técnicos experimentados como Farnell pueden ofrecer consejos y soporte profesional para asistir a los ingenieros a identificar los productos que mejor se amoldan a sus aplicaciones. Los ingenieros de diseño deben tomar en consideración los fabricantes líderes del mercado vanguardistas en el desarrollo de la tecnología UV-C para localizar las soluciones para su próximo proyecto. La combinación triunfante de la inteligencia artificial por sensores en la robótica y la automatización con innovaciones líderes del mercado en la tecnología led tiene el potencial de acrecentar la accesibilidad de los beneficios de UV-C en el campo sanitario.

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