Manto de gás - Gas mantle

Um manto de lampião a gás branco Coleman brilhando em pleno brilho

Um manto de gás incandescente , manto de gás ou Welsbach manto é um dispositivo para a geração de incandescente luz branca brilhante quando aquecida por uma chama. O nome se refere à sua fonte de calor original em lâmpadas a gás que iluminavam as ruas da Europa e da América do Norte no final do século XIX. Manto refere-se à maneira como fica pendurado como um manto acima da chama. Mantos de gás também foram usados ​​em lanternas de acampamento portáteis , lanternas de pressão e algumas lâmpadas de óleo.

As mantas de gás são geralmente vendidas como itens de tecido, que, devido à impregnação com nitratos de metal, queimam para deixar uma malha rígida mas frágil de óxidos de metal quando aquecidos durante o uso inicial; esses óxidos de metal produzem luz a partir do calor da chama, sempre que usados. O dióxido de tório era comumente um componente principal; sendo radioativo , tem gerado preocupações sobre a segurança dos envolvidos na fabricação de mantas. O uso normal, no entanto, apresenta risco mínimo para a saúde.

Mecanismo

O manto é uma bolsa de tecido em forma de pêra , feita de seda, seda artificial à base de rami ou raiom . As fibras são impregnadas com sais metálicos; quando o manto é aquecido pela primeira vez em uma chama, as fibras queimam em segundos e os sais metálicos se convertem em óxidos sólidos, formando uma casca de cerâmica quebradiça no formato do tecido original. Um manto brilha intensamente no espectro visível enquanto emite pouca radiação infravermelha . Os óxidos de terras raras ( cério ) e actinídeo ( tório ) no manto têm uma baixa emissividade no infravermelho (em comparação com um corpo negro ideal ), mas têm alta emissividade no espectro visível . Também há evidências de que a emissão é aumentada pela candoluminescência , a emissão de luz dos produtos da combustão antes que eles atinjam o equilíbrio térmico. A combinação dessas propriedades dá origem a um manto que, ao ser aquecido por uma chama de querosene ou gás de petróleo liquefeito , emite radiação intensa, em sua maioria luz visível, com relativamente pouca energia no infravermelho indesejado, aumentando a eficiência luminosa.

O manto auxilia o processo de combustão, mantendo a chama pequena e contida em taxas de fluxo de combustível mais altas do que em uma lâmpada simples. Esta concentração de combustão dentro do manto melhora a transferência de calor da chama para o manto. O manto encolhe depois que todo o tecido é queimado e se torna muito frágil após seu primeiro uso.

  • Manto de gás em um poste de luz (frio)

  • Coberturas de gás quente. O manto visível mais baixo quebrou parcialmente, reduzindo sua emissão de luz.

  • Uma Instalação de Vapor Incandescente de Petróleo do Chance Brothers de 85 mm

História

Durante séculos, a luz artificial foi gerada usando chamas abertas . Limelight foi inventado na década de 1820, mas a temperatura necessária para produzir luz visível por meio da radiação do corpo negro sozinha era alta demais para ser prática para pequenas luzes. No final do século 19, vários inventores tentaram desenvolver uma alternativa eficaz baseada no aquecimento de um material a uma temperatura mais baixa, mas usando a emissão de linhas espectrais discretas para simular a luz branca.

Muitas das primeiras tentativas usaram gaze de platina - irídio embebida em nitratos de metal , mas não tiveram sucesso devido ao alto custo desses materiais e sua baixa confiabilidade. O primeiro manto eficaz foi a cesta Clamond em 1881, em homenagem ao seu inventor. Este dispositivo foi feito de uma matriz de óxido de magnésio habilmente produzida , que não precisava ser suportada por uma gaiola de fio de platina, e foi exibido na exposição Crystal Palace de 1883.

O manto de gás moderno foi uma das muitas invenções de Carl Auer von Welsbach , um químico que estudou elementos de terras raras na década de 1880 e que havia sido aluno de Robert Bunsen . Ignaz Kreidl trabalhou com ele em seus primeiros experimentos para criar o manto de Welsbach. Seu primeiro processo usou uma mistura de 60% de óxido de magnésio , 20% de óxido de lantânio e 20% de óxido de ítrio , que ele chamou de "Actinophor" e patenteado em 1887, patente norte-americana emitida em 15 de março de 1887, # 359.524. Esses mantos originais emitiam uma luz esverdeada e não tiveram muito sucesso. A primeira empresa de Carl Auer von Welsbach estabeleceu uma fábrica em Atzgersdorf em 1887, mas falhou em 1889. Em 1889, Welsbach recebeu sua primeira patente mencionando o tório, 5 de março de 1889, patente dos EUA nº 399.174. Em 1891, ele aperfeiçoou uma nova mistura de 99% de dióxido de tório e 1% de dióxido de cério que emitia uma luz muito mais branca e produzia um manto mais forte. Após a introdução comercial desse novo manto em 1892, ele rapidamente se espalhou pela Europa. O manto de gás permaneceu uma parte importante da iluminação pública até a introdução generalizada da iluminação elétrica no início do século XX.

Produção

Mantos em sua forma achatada não utilizada

Para produzir um manto, o algodão é tecido ou tricotado em um saco de rede, impregnado com nitratos solúveis dos metais escolhidos e depois aquecido; o algodão é queimado e os nitratos são convertidos em nitritos, que se fundem para formar uma malha sólida. Conforme o aquecimento continua, os nitritos finalmente se decompõem em uma malha frágil de óxidos sólidos de ponto de fusão muito alto.

Os primeiros mantos eram vendidos na condição de malha de algodão sem aquecimento, uma vez que a estrutura de óxido era muito frágil para transportar facilmente. O manto foi convertido para a forma de trabalho quando o algodão queimou na primeira utilização. As mantas não utilizadas não podiam ser armazenadas por muito tempo, pois o algodão apodrecia rapidamente devido à natureza corrosiva dos nitratos metálicos ácidos, um problema que foi posteriormente resolvido embebendo o manto em uma solução de amônia para neutralizar o excesso de ácido.

Mais tarde mantos foram feitos de guncotton ( nitrocelulose ) ou colódio em vez de algodão comum, uma vez que fios extremamente finos deste material podiam ser produzidos, mas tinha que ser convertido de volta em celulose por imersão em sulfeto de amônio antes do primeiro uso, uma vez que o guncotton é altamente inflamável e pode ser explosivo. Mais tarde, descobriu-se que um manto de algodão poderia ser reforçado o suficiente mergulhando-o em uma solução de colódio, que o revestia com uma fina camada, que seria queimada quando o manto fosse usado pela primeira vez.

Os mantos têm um fio de ligação para os amarrar ao encaixe do candeeiro. Até que o amianto fosse banido devido à sua carcinogenicidade , um fio de amianto era usado; os mantos modernos usam um fio ou um fio de fibra cerâmica .

Preocupações de segurança

Tório

O tório é radioativo e produz o gás radioativo radônio -220 como um de seus produtos de decomposição . Além disso, quando aquecido até a incandescência, o tório volatiliza suas rádios-filhas em crescimento , particularmente o rádio -224. Apesar de sua meia-vida muito curta, o rádio se reabastece rapidamente de seu rádio-pai (tório-228), e cada novo aquecimento do manto até a incandescência libera uma nova descarga de rádio-224 no ar. Este subproduto pode ser inalado se o manto estiver sendo usado dentro de casa e é um problema de radiotoxicidade de emissor alfa interno . Os produtos secundários da decomposição do tório incluem rádio e actínio . Por causa disso, existem preocupações com a segurança dos mantos de tório. Algumas agências de segurança nuclear fazem recomendações sobre seu uso.

Um estudo em 1981 estimou que a dose do uso de um manto de tório a cada fim de semana durante um ano seria de 3-6 microsieverts (0,3-0,6  mrem ), minúscula em comparação com a dose de radiação de fundo anual normal de cerca de 2,4  mSv (240  mrem ), embora isso presuma que o tório permanece intacto em vez de no ar. Uma pessoa realmente ingerindo um manto receberia uma dose de 2  mSv (200  mrem ). No entanto, a radioatividade é uma grande preocupação para as pessoas envolvidas com a fabricação de mantas e um problema com a contaminação do solo em torno de alguns locais de antigas fábricas.

Uma causa potencial de preocupação é que as partículas dos mantos de gás de tório "caem" com o tempo e atingem o ar, onde podem ser ingeridas na comida ou na bebida. Essas partículas também podem ser inaladas e permanecer nos pulmões ou no fígado, causando uma exposição de longo prazo que excede o risco de radiação de fundo. Também é preocupante a liberação de poeira contendo tório se o manto se estilhaçar devido ao impacto mecânico.

Todos esses problemas levaram ao uso de alternativas em alguns países, geralmente ítrio ou às vezes zircônio , embora geralmente sejam mais caros ou menos eficientes. As preocupações com a segurança foram objeto de um processo federal contra a Coleman Company ( Wagner v. Coleman ), que inicialmente concordou em colocar etiquetas de advertência nas mantas para essa preocupação e, posteriormente, passou a usar ítrio.

Em junho de 2001, o NUREG publicou um estudo sobre a Avaliação Radiológica Sistemática de Isenções para Materiais de Origem e Subprodutos, declarando que mantos de gás radioativo são explicitamente legais nos Estados Unidos.

Veja também

Notas

links externos