le lampade ad induzione

LE LAMPADE AD INDUZIONE
Le lampade ad induzione sono state anche definite come “il segreto meglio conservato
dell’industria”; per essere una delle più recenti scoperte tecnologiche, introdotte
sul mercato negli anni ’90, sorprende ancor oggi come esse siano passate inosservate
attraverso crisi energetiche e richieste di miglior qualità dell’illuminazione negli spazi
pubblici. Il motivo va ricercato nella scarsa conoscenza da parte dei designer, dei
progettisti e dei distributori di materiale illuminotecnico. A confronto, le fluorescenti
compatte si sono diffuse rapidamente, probabilmente grazie ad una maggiore
comprensione della tecnologia su cui sono basate ed all’intercambiabilità con le lampade
ad incandescenza.
Esse rappresentano una perfetta sintesi tra i principi dell’elettromagnetismo e la scarica
nei gas ionizzati, creando una lampada fluorescente senza elettrodi; potremmo anche dire
che la lampada è semplicemente il secondario di un trasformatore.
In questo modo, la vita della lampada supera i limiti tipici delle fluorescenti, raggiungendo
le 100.000 ore di vita utile, pari a circa 25 anni. Nelle lampade fluorescenti l’eccitamento
dei gas all’interno del tubo avviene attraverso gli elettrodi, questi si degradano dopo
15.000 – 20.000 ore fino a fulminare la lampada. I test in laboratorio, hanno simulato lo
stress derivante da accensioni e spegnimento in continuo oltre a stress da durata su 1.000
campioni di lampade ad induzione, la prima a spegnersi, causa cedimento del ballast, è
stata a 70.000 ore, tempo considerato minimo e di garanzia dalla casa costruttrice. 500
corpi illuminanti si sono spenti tra le 95.000 e le 110.000 ore sospendendo di fatto i test
applicativi, confermando di fatto una vita utile di 100.000 ore.
Le lampade a Tecnologia ad Induzione sono lampade a scarica dove l’idea è quella di
usare il mercurio o altri atomi per alzare il livello di energia, scaricare il fotone e farli
tornare a livello normale. Le lampade ad induzione differiscono dalle fluorescenti ( che
sono le più similari tra la tipologia delle lampade in uso ) nel modo di stimolare gli atomi di
mercurio. Invece di generare un arco fra gli elettrodi nel tubo, si genera un campo
elettromagnetico attraverso le serpentine posizionate sui ferodi che hanno il compito di
amplificare lo stesso. Il campo generato dalla serpentina provoca un flusso corrente e il
gas ionizzato (una miscela di gas nobili) collide con la così detta AMALGAMA di mercurio
in forma solida, simile all’Amalgama di argento usata dai dentisti, portando gli elettroni ad
orbite superiori; quando decadono a livelli energetici inferiori, rilasciano dei fotoni nelle
lunghezze d’onda dell’ultravioletto. IL fosforo che riveste il tubo della lampada assorbe i
fotoni UV e li trasforma in emissione luminosa.
( Alogenuri e Ioduri hanno il doppio di mercurio di una lampada ad Induzione )
L’efficienza della lampada è proporzionale alla frequenza di funzionamento della corrente
indotta.
Infatti è allo studio un sistema per favorire la variazione di frequenza in ingresso ai ballast;
i primi test applicativi ci hanno dimostrato che con una frequenza in ingresso di 150Hz le
lampade ad induzione hanno una maggiore emissione luminosa del 7% con una riduzione
di consumi che varia dal 18% al 29%.
Inoltre l’alta l’efficienza del sistema Ballast e Lampada ad Induzione deriva anche da una
bassissima dispersione in calore, uguale a perdita di energia, che corrisponde al 2%.
Grazie ad una manutenzione ridotta, praticamente a zero, offrono notevoli risparmi sia
diretti, sia indiretti, dovuti all’interruzione del servizio per manutenzione. Questo comporta
un immediato ulteriore vantaggio per il potenziale cliente, una garanzia di 10 anni ovvero
70.000 ore di funzionamento quella che viene raggiunta prima, su tutti i corpi illuminanti
forniti con la sostituzione del corpo illuminante in caso di malfunzionamento. Questa
garanzia oggi è unica in Italia per ogni tipo di corpo illuminante proposto.
Vi sono tre tipi di lampade ad induzione (tabella1):
- a ballast separato mod. Philips
funziona a frequenze elevate, tipicamente 2,65 MHz fino a 13,65 MHz, con efficienza di
circa 70 lm da 85 ai 165 W.
La vendita di questo prodotto viene attualmente effettuata per componenti non fornendo
un prezzo per il completo assemblato.
- con bobine esterne (è il prodotto da noi proposto)
Le lampade a bobina esterna sono costituite da un tubo di 54 mm di diametro, piegato a
formare un rettangolo ovvero un cerchio, nei cui lati corti diametralmente opposti sono
posti degli anelli, all’interno dei quali vi sono gli avvolgimenti su nucleo di ferrite.
Gli avvolgimenti sul nucleo sono in diretta dipendenza della potenza del corpo illuminante
ma inversamente proporzionali,
40W = 19 avvolgimenti 80W = 16 avvolgimenti
Le potenze tipiche vanno dai 40 ai 400 W, con efficienza nell’ordine di 85 lm/W.
La frequenza di funzionamento si colloca a 250 kHz e non produce interferenze con le
bande radio oltre a ridurre in modo sensibile la complessità e i costi di produzione dei
ballast.
Il ballast è l’elemento cardine del sistema ad Induzione, con il compito di mantenere la
frequenza costante per la continua generazione del campo elettro-magnetico. Composto
in linea di massima di un oscillatore e una serie di filtri in difesa di eventuali picchi di
tensione.
Inoltre mantiene un fattore di potenza costante di .98 riducendo le distorsione armonica se
presenti.
Tutti i ballast sono inseriti all’interno di contenitori metallici al fine di schermare totalmente
il sistema evitando ogni forma di interferenza in Radio-Frequenza e assicurare il massimo
della vita alle parti elettroniche.
- a ballast integrato
Le lampade a ballast incorporato sono simili alle fluorescenti compatte e possono essere
impiegate in sostituzione di lampade ad incandescenza, con tutti i vantaggi che ne
conseguono.
Tipicamente, la potenza di questo tipo è ridotta: si va dai 15 ai 35 W. Il flusso emesso
rimane molto elevato fino ai 40°C, temperatura alla quale raggiunge il suo picco.
PREGI DELLA TECNOLOGIA AD
INDUZIONE
- Lunga vita
- Riproduzione fedele dei colori:
Una lampada a incandescenza generica presenta un
valore IRC molto vicino a 100. Ciò non significa che le lampade a incandescenza
siano una perfetta fonte di luce per la resa cromatica. Infatti non lo sono. Sono molto
deboli nelle tonalità di blu, come ha sperimentato chiunque abbia provato a ottenere
tonalità blu navy, blu royal e nero con bassi livelli di illuminazione a incandescenza. Va
comunque ricordato che anche la luce diurna del cielo del nord, con un valore di
7500K, risulta debole nelle tonalità di rosso, per cui anch'essa non rappresenta certo
la fonte perfetta per la resa cromatica. Questo pur avendo un valore IRC di 100.
- L'indice IRC
è utile per indicare al meglio i colori se usato tenendo contro dei propri
limiti. In origine, l'IRC era stato sviluppato per paragonare le fonti a spettro continuo
con IRC superiori a 90, in quanto con un valore minore è possibile ottenere due fonti
con lo stesso IRC, ma con una resa cromatica completamente diversa. Allo stesso
tempo, i colori illuminati dalle fonti con un IRC diverso di almeno 5 punti possono
apparire praticamente uguali. Tecnicamente, l'IRC può essere paragonato solo per le
fonti che hanno la stessa Temperatura di colore. Tuttavia, come regola generale vale
quella del "più elevato è e meglio è", ovvero le fonti di luce con IRC elevati (80-100)
tendono a dare un aspetto migliore alle persone e alle cose rispetto alle fonti di luce
con valori bassi.
Ma allora perché usare l'indice IRC se presenta così tanti aspetti contraddittori?
Perché si tratta dell'unico standard internazionale su cui si è giunti ad un accordo per
la resa cromatica e per cui sono presenti delle linee guida da seguire. Continuerà ad
essere usato fino a quando la comunità scientifica non riuscirà a sviluppare un sistema
migliore per descrivere ciò che vediamo.
- Luce bianca in diverse temperature di colore 2.700K ÷ 6.500K
- Efficienza energetica
La Temperatura di colore di una fonte di luce definisce la sua tonalità di bianco, giallo o
blu. Non definisce quanto naturali o innaturali possano apparire i colori degli oggetti
illuminati dalla fonte. Due lampade possono presentare la stessa Temperatura di colore,
ma rendere comunque i colori in modo diverso.
La temperatura di colore correlata (misurata in Kelvin), detta anche temperatura di colore,
è una scala scientifica usata per descrivere il grado di luce "calda" o "fredda" prodotta da
una fonte luminosa. Si basa sul colore della luce emessa da una fonte a incandescenza.
Quando un pezzo di metallo (definito "corpo nero") viene riscaldato, cambia colore
passando dal rosso all'arancio e del giallo al bianco fino ad arrivare a una tonalità bluastra.
Il colore della luce emessa da un oggetto incandescente dipende unicamente dalla
temperatura. Possiamo quindi sfruttare questa scala per descrivere il colore di una fonte di
luce in base alla relativa temperatura di colore."
Quando indichiamo che una lampada ha una temperatura di colore di 3000 Kelvin,
significa che un metallo sottoposto a un calore di 3000 Kelvin produrrebbe un colore molto
simile a quello della lampada. Se il valore fosse invece di 4100 Kelvin, il colore del metallo
riscaldato sarebbe ben più chiaro. La luce solare diretta corrisponde a circa 5300 Kelvin,
mentre la luce diurna, il cui colore riflette anche l'azzurro del cielo, è di circa 6000 Kelvin o
superiore. Una lampada a incandescenza standard dispone di un filamento a 2700 Kelvin,
e quindi (per definizione) di una temperatura di calore di 2700 Kelvin.
TECNOLOGIE DI ILLUMINAZIONE A CONFRONTO
-
LAMPADE AD INCANDESCENZA
La più comune tipologia di lampada con la quale siamo più familiari è la
lampada ad incandescenza.
Questa è costituita da un bulbo di vetro e ha due elettrodi agganciati ad un
filamento di tungsteno.
La luce è prodotta dal riscaldamento del filamento di tungsteno attraverso cui
passa la corrente elettrica.
Non è una tecnologia efficiente perché approssimativamente il 95% di energia
utilizzata è convertita in calore dissipato.
- LAMPADE AL SODIO ALTA PRESSIONE
Le lampade ai vapori di sodio ad alta pressione costituiscono l’evoluzione della
tecnologia ai vapori di sodio a bassa pressione.
Il bulbo esterno ha una forma tubolare o ellissoidale e la luce emessa ha un
colore bianco caldo tendente al giallo (2.500 K ca).
Per funzionare necessitano normalmente di un alimentatore, che serve a
limitare e regolare la potenza e di un accenditore, che serve ad innescare la
scarica iniziale e può essere esterno oppure incorporato alla lampada stessa.
- LAMPADE AI VAPORI DI MERCURIO
Sono costituite da un piccolo tubo di quarzo contenete vapore di mercurio ad
alta pressione ed un gas inerte (argon) per facilitare la scarica. Ai due estremi
sono posti gli elettrodi, di cui due principali ed uno ausiliario. Il tubo di quarzo
viene racchiuso in un bulbo di vetro per isolarlo dall'ambiente esterno.
La forma del bulbo é appositamente studiata per consentire una uniforme
distribuzione della temperatura su tutta la superficie. Le lampade a vapore di
mercurio possono essere a bulbo fluorescente, con riflettore incorporato, a luce
miscelata ed ad alogenuri.
- LAMPADA AD ALOGENURI METALLICI
Le lampade a Ioduri o ad alogenuri metallici, molto simili nella costruzione a
quelle con vapori di mercurio, contengono degli additivi come l'indio, il tallio ed
il sodio.
- FLUORESCENTI
Fanno parte delle categorie di lampade a scarica nei gas. Sono costituite da un
tubo le cui pareti sono rivestite di fosfori che emettono luce perché colpiti dalla
luce ultravioletta prodotta dal gas di mercurio all’interno.
Hanno bisogno di una tensione di innesco (Starter) e del reattore che limita la
corrente di funzionamento.
Hanno grandi dimensioni e non hanno accensione automatica, e non si possono
quindi usare con i regolatori di luce. Hanno un effetto stroboscopico.
- LED
Sono ottenuti sfruttando le caratteristiche dei semiconduttori. I primi LED
erano di colore rosso e, dopo il verde, solo in tempi più recenti si è ottenuto il
colore blu.
I due terminali di un LED sono collegati all'anodo e al catodo. Il primo deve
essere collegato a un potenziale positivo rispetto al catodo (per i LED nella foto
l'anodo ha il terminale più lungo).
Ogni LED deve essere alimentato con una tensione di circa 1,5 V e deve
essere protetto con una resistenza per limitare la corrente a valori di circa 1520 mA.
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