La fotoquímica es la disciplina que estudia los procesos químicos en los que interviene la luz. En este post no pretendemos realizar un análisis exhaustivo sobre fotoquímica, sino ofrecer un breve repaso sobre algunos conceptos que nos parecen interesantes de este campo. En primer lugar, vamos a describir el funcionamiento básico de un simulador solar. A continuación, explicaremos dos fenómenos diferentes: la fotodegradación y la fotocatálisis.
Simulador solar
Un simulador solar es un sistema de iluminación que trata de reproducir, lo más fielmente posible, las características de la luz solar natural. Existen diferentes normas técnicas para establecer el rendimiento de un simulador solar, pero siempre consideran los siguientes tres parámetros:
•Distribución espectral: coincidencia con el espectro estándar.
•Uniformidad espacial: distribución y consistencia de la irradiancia sobre un área.
•Estabilidad temporal: constancia de la irradiancia a lo largo del tiempo.
Cada uno de los parámetros anteriores se puede evaluar con una A, B o C, siendo A la mejor clase y C la peor clase (si las especificaciones del simulador solar son peores que la clase C, se clasifica como clase U, que significa “sin clasificar”).
En cuanto a la distribución espectral, se pueden emplear diferentes estándares. Un estándar establece el porcentaje de la irradiancia total que se debe emitir en un determinado rango de longitudes de onda. El estándar más común es AM1.5G (ver Figura 1). Las letras ‘AM’ significan ‘air mass’ (masa de aire), es decir, el espectro de la luz que ha viajado a través del aire. ‘1.5’ corresponde a un ángulo cenital de 48.2°, valor representativo para latitudes medias. Finalmente, ‘G’ significa global, indicando que el espectro también considera luz difusa y el scattering. También vale la pena mencionar que el estándar establece que la irradiancia total de un simulador AM1.5G debe ser de 1000 W/m2, lo que se denomina “un sol”.
Existen dos tipos de simuladores solares: continuos o pulsados. Se pueden utilizar diferentes tipos de fuentes de luz con este propósito, incluyendo lámparas de halogenuros metálicos, lámparas halógenas de cuarzo-tungsteno (QTH), lámparas de xenón y fuentes de luz LED, entre otras. Los simuladores solares LED ofrecen la mejor estabilidad temporal, bajo consumo, larga vida útil y control preciso. Contáctanos a través de info@pyroistech.com si estás interesado en un simulador solar LED.
Fotodegradación
La fotodegradación consiste en la alteración de los materiales por la luz, generalmente con longitudes de onda en la parte ultravioleta (UV) (250 – 400 nm) o visible (400 – 700 nm) del espectro. En particular, muchos estudios se centran en este fenómeno en el caso de los polímeros, ya que la luz UV puede romper las cadenas del polímero y causar efectos adversos como agrietamiento, descascarillado, cambios de color y pérdida de propiedades físicas. El término fotooxidación se emplea cuando la degradación provocada por la luz se ve favorecida por la presencia de oxidantes. Además de esto, la fotooxidación también puede acelerarse por degradación térmica.
Aunque hay algunos polímeros (por ejemplo, el PET) que exhiben una resistencia moderada a los efectos de la luz ultravioleta, hay otros polímeros ampliamente empleados que se ven gravemente afectados, como el poliestireno (PS), el cloruro de polivinilo (PVC), el polipropileno (PP), o el polietileno (PE). Para proteger estos materiales, se añaden estabilizadores UV. Los estabilizadores UV son componentes químicos que absorben la luz UV reduciendo de este modo la fotodegradación del polímero al que se agregan.
Los investigadores estudian la fotodegradación en polímeros mediante simuladores solares (descritos en el punto anterior), ya que la parte UV de la luz solar es la fuente más común de fotodegradación en aplicaciones reales, o directamente mediante el uso de fuentes UV, como fuentes LED UV. fuentes. Puedes consultar nuestra gama de fuentes UV LED en este enlace.
Fotocatálisis
La fotocatálisis se puede definir como la aceleración de una fotorreacción (reacción que involucra o requiere luz) por la presencia de un catalizador. Dos reacciones fotocatalíticas clásicas incluyen la disociación del agua y la reducción de CO2 (ver Figura 2).
La disociación del agua consiste en producir hidrógeno y oxígeno a partir del agua, por lo que se considera una tecnología atractiva y limpia para generar hidrógeno, que generalmente se obtiene a partir del petróleo y el gas natural. El interés por el hidrógeno surge del hecho de que puede utilizarse como una forma de almacenar energía renovable. En particular, el dióxido de titanio (TiO2), que funciona bajo luz UV, se ha utilizado normalmente como fotocatalizador en las reacciones de disociación del agua, aunque en la actualidad se están explorando otros catalizadores.
En cuanto al CO2, la preocupación por el cambio climático ha llevado a los científicos a buscar estrategias para disminuir sus emisiones o incluso capturarlo de la atmósfera. La ventaja de la reducción fotocatalítica del CO2 sobre otros enfoques es que se puede llevar a cabo a temperaturas y presiones más bajas, lo que reduce el consumo de energía. Los materiales que se emplean como catalizadores en este caso incluyen TiO2, g-C3N4 (nitruro de carbono grafítico) y perovskitas. En esta reacción fotocatalítica se suelen emplear fuentes UV y visibles. Consulta nuestras fuentes de luz LED UV y visibles en nuestro catálogo en este enlace.
Escrito por J.J. Imas
Bibliografía
[1] Solar simulation technology. G2V.
[2] Solar simulator. Wikipedia
[3] Photo-oxidation of polymers. Wikipedia
[4] Photodegradation and stabilization of polymers. EPFL École polytechnique fédérale de Lausanne.
[5] Photodegradation. Science Direct. Elsevier