LA SCELTA DELLA LAMPADA

 LA SCELTA DELLA LAMPADA Se non è pensabile una notturna senza lampada, è anche vero che questa rende più piacevoli e
complete anche le immersioni diurne. La luce
penetra nell’acqua solo per i primi metri, man mano
che aumenta la profondità i colori reali spariscono
ed il paesaggio subacqueo tende gradualmente al
blu uniforme (Fig.1). Se usiamo una lampada i colori
riappaiono, quelli stessi che non riuscivamo a
vedere perché non raggiunti dalla luce del sole.
Le principali caratteristiche delle lampade.
LA LAMPADINA
Il filamento delle lampadine al passaggio della
corrente si surriscalda, diventa incandescente, di
colore bianco, ed emette luce. La lampadina è
riempita di gas. Si utilizzano miscele di gas alogeni
che aumentano vita e qualità della luce e grazie a cui si annulla il calo di rendimento luminoso. Le
prestazioni variano a seconda dei gas alogeni introdotti nel bulbo della lampadina.
È possibile survoltare le lampadine alogene, si ottengono miglioramenti di potenza luminosa senza
incorrere in riduzioni di vita utile della lampadina. Occorre limitarsi e non survoltarle di più del 20%.
Le prestazioni di una lampadina sono identificate da:
Lumen: il flusso di luce emesso. È la potenza complessivamente irraggiata da una sorgente luminosa e
percepita dall'occhio.
Temperatura di colore: si misura in °K, gradi Kelvin; indica la qualità della luce emessa.
Watt: è l’assorbimento di energia della lampadina. È possibile che due lampadine, a parità di Watt,
abbiano prestazioni diverse.
LA PARABOLA
Determina il tipo di fascio luminoso della lampada. Le moderne lampade subacquee adottano riflettori
non più parabolici, le differenze di forma non sono macroscopiche, ma si notano ed apprezzano in
immersione.
Sott'acqua si privilegia un fascio di luce concentrato, aiuta a vedere meglio attraverso la sospensione ed
illumina meglio gli anfratti. La parabola deve essere progettata in modo che, sott’acqua, i raggi riflessi
escano fra loro paralleli generando un fascio cilindrico ed omogeneo (Fig. 2).
Il fascio luminoso di una lampada subacquea deve avere :
1.
forma circolare e senza aloni
2.
distribuzione di luce uniforme su tutta la superficie illuminata
3.
assenza di zone d'ombra.
Ultimamente si sono affermate le parabole multimirror sfaccettate e studiate al computer. Generano un
fascio di luce compatto ed uniformemente distribuito, non solo: compensano imperfezioni di
fabbricazione delle lampadine.
L’ALIMENTAZIONE
È il serbatoio di energia delle lampade. È possibile utilizzare batterie alcaline o accumulatori ricaricabili.
Gli accumulatori oggi più utilizzati sono di due tipi:
1.
al Nichel Cadmio (NiCd): estremamente robusti ed affidabili, di varie capacità, accettano
ricariche parziali, l'effetto memoria è oggi totalmente scomparso. Si possono ricaricare anche da
totalmente scarichi. La ricarica totale deve avvenire in 14-16 ore pena la riduzione di vita degli
accumulatori.
2.
al Nichel Metalidrato (NiMh): di varie capacità, accettano ricarica rapida sia totale sia parziale.
Raggiungono il 90% della carica in tempi relativamente brevi, il restante 10% richiede
proporzionalmente molto più tempo. Hanno un ottimo rapporto capacità/dimensione, si hanno quindi alti
amperaggi in piccole dimensioni.
Glossario:
Differenza di potenziale
Con il termine differenza di potenziale indichiamo una grandezza, misurata in Volt (V), che rappresenta
la differenza fra un punto ad un certo potenziale elettrico ed un altro punto di riferimento. Tale
grandezza prende il nome di tensione. Prendendo, ad esempio, una pila come quelle quadrate piccole,
che tutti noi abbiamo usato almeno una volta nella nostra radio portatile o nella nostra sveglia o altro
dispositivo, possiamo leggere sul suo involucro che si tratta di una pila da 9 Volt. Questo vuol dire che
quella pila è in grado di creare una differenza di potenziale, o tensione, ai suoi elettrodi (+ e -) pari
proprio a 9 Volt.
Corrente elettrica
L'intensità di corrente elettrica (I) è il flusso di corrente che scorre all'interno di un conduttore nell'unità
di tempo. Essa si misura in Ampere (A).
Potenza elettrica
La potenza elettrica è una grandezza composta dalle due precedenti e si misura in Watt (W). La formula
per ricavare la potenza dal potenziale e dalla corrente è la seguente: W = V * I La potenza deriva dal
lavoro compiuto durante un'unità di tempo. L'unità di lavoro è il Joule e l'unità di potenza è il Watt: 1
Joule al secondo corrisponde ad 1 Watt (W = J/s).
La Luce
Come si può notare i lumens sono collegati alla potenza della lampadina (Watt) ma l’illuminamento
(Lux) è dato da lm/m^2 e per questo torce con parabole diverse daranno illuminamenti diversi a parità di
potenza: quindi una lampadina da 100 W con una parabola di 8° avrà un fascio molto più compatto e
luminoso e penetrante rispetto ad una con una parabola di 100° che illuminerà però una zona molto più
ampia, fig. 1.
Temperatura Colore
Esistono diversi tipi di luci: la loro differenza principale è il colore o, meglio, la temperatura del colore.
L'occhio umano si adatta automaticamente a qualunque tipo di luce; ad esempio un foglio bianco lo
vediamo tale sia in pieno giorno sia al tramonto, quando il cielo è rosso. La luce è definita dalla
temperatura del colore che emette; ogni materiale sia solido che gassoso, se portato all'incandescenza,
emette un particolare colore. Le normali lampade che conosciamo tutti sono lampade al tungsteno, un
metallo che emette luce a 3000°K (gradi Kelvin). Le lampade alogene, invece, sfruttano una miscela di
gas inerti per ridurre l'evaporazione del filamento in tungsteno; in questo modo il filamento può essere
portato ad una temperatura più elevata e, di conseguenza, queste lampade raggiungono i 3200°K. Nella
tabella qui sotto sono riportate le temperature colore dei principali tipi di lampade.
Autonomia: in prima approssimazione calcolare l’autonomia di una torcia è molto semplice, in realtà poi
bisogna fare i conti con dei fattori negativi, tra i quali soprattutto la condizione delle pile che non è mai al
100% di efficienza ed il fatto che spesso le lampadine alogene sono survoltate per avere una luce più
bianca, con il risultato però di un maggior consumo. Comunque, se abbiamo un faro da 50 W con una
batteria a 12 V e 5 Ah, avremo:
50 W : 12 V = 4.17 A (consumo) 5 Ah : 4.17 A = 1.20 h e quindi 80 minuti circa
Tipi di lampadine
Le lampade subacquee si distinguono principalmente in tre grandi tipologie: Alogene LED HID
Alogene:
Definizione: qualunque Bulbo di vetro che all'interno abbia un filamento (tipicamente in tungtsteno o
affini) e che emetta luce secondo il principio dell'incandescenza (principio col quale viene a svilupparsi il
fuoco) applicando direttamente ai poli un a tensione. Le lampadine alogene, che dir si voglia, sono
SEMPRE costruite con un filamento interno che va progressivamente ad esaurirsi: per quanto si tiene
acceso il bulbo, il filamento diventa incandescente (cioè emette luce) e in questo frangente atomi di
tungsteno vanno sempre di più a staccarsi dallo stesso, fino a quando, una volta diventato troppo
sottile, esso va a rompersi e interrompere il processo di incandescenza (ovvero, si brucia la lampadina).
Da qui è ovvio intuire che è solo una questione di tempo. Fattori come il tempo e le condizioni di utilizzo
o la qualità con cui si costruisce un bulbo determinano spesso la durata della lampadina. La stessa
lampadina, quindi può durare una banalità come un'infinità. Per rallentare questo processo di usura del
filamento durante il periodo di utilizzo, si è scoperto che, riempiendo il bulbo alogeno con gas come
Xeno, la vita del bulbo viene lievemente allungata. Dal filamento di tungsteno evaporano degli atomi che
si combinano con quelli degli alogeni e si forma così un composto gassoso che ricade sul filamento
incandescente, ridepositando gli atomi di tungsteno. Gli atomi degli alogeni sono di nuovo liberi di
ricombinarsi con gli atomi di tungsteno. In questo ciclo, detto di rigenerazione, sta il segreto di lunga
durata di questo particolare tipo di lampade ad incandescenza. Le lampade alogene sono sicuramente
le più comuni che possiamo trovare in commercio; ne troviamo di moltissimi tipi e potenze. In linea
generale per immersioni ricreative/avanzate senza esigenze particolari 50 W con un’autonomia di 50/60
minuti sono sufficienti; ovviamente 100 W sono meglio ma, aumentando la potenza, si riduce la durata o
aumenta il costo per avere batterie più capienti. Spesso nelle alogene si usano le lampadine allo Xeno,
che danno una luce molto più bianca (circa 3500 K).
Lampade a LED:
Il termine "LED" è un acronimo che sta per "Light Emitting Diode", ovvero "diodo che emette luce". I
LED sono costituiti da una giunzione P-N realizzata con arseniuro di gallio o con fosfuro di gallio,
entrambi materiali in grado di emettere radiazioni luminose quando siano attraversati da una corrente
elettrica; il valore di tale corrente è compreso fra 10 e 30 mA.
Il funzionamento del LED si basa sul fenomeno detto "elettroluminescenza", dovuto
all’emissione di fotoni (nella banda del visibile o dell'infrarosso) prodotti dalla
ricombinazione degli elettroni e delle lacune, allorché la giunzione è polarizzata in senso
diretto. I LED hanno un terminale positivo ed uno negativo e, per funzionare, devono
essere inseriti in circuito rispettando tale polarità; in genere il terminale positivo è quello
più lungo, ma lo si può individuare con certezza osservando l'interno del LED in
controluce: come si vede in figura, l'elettrodo positivo è sottile, a forma di lancia, mentre il negativo ha
l'aspetto di una bandierina. Quando si utilizza un LED, è necessario disporre sempre una resistenza in
serie ad esso, allo scopo di limitare la corrente che passa ed evitare che possa distruggersi; la caduta di
tensione ai capi di un LED può variare da 1,1 a 1,6 V, in funzione della lunghezza d'onda della
radiazione emessa (a lunghezze d'onda minori corrisponde una caduta di tensione più alta).
Le lampade a LED hanno due grandi vantaggi: l’autonomia e la resistenza agli urti. Questo ne fa
sicuramente una soluzione molto vantaggiosa nel caso di luci di back-up e per situazione dove si
richiede una grande autonomia, come in grotta. Durante le immersioni diurne non hanno, però, la stessa
resa che può dare un’ alogena.
Nella tabella seguente sono riportati alcuni chiarimenti sul funzionamento dei LED.
Lampade HID (High Intensity Discharge)
Sono lampadine senza filamento metallico. Due elettrodi immersi in un’atmosfera di Xeno sono collegati
con i due poli del circuito elettrico. La scarica di elettroni tra i due produce una luce molto intensa, circa
il doppio di quella delle lampade alogene, ed estremamente bianca (tale da apparire persino blu).
Mancando il filamento, queste lampadine hanno una durata superiore a quelle convenzionali (ancora
circa il doppio) e consumano il 70% in meno. Vanno regolate con centralina elettronica per evitare il
danneggiamento in seguito a sbalzi di tensione. Il rendimento delle lampadine HID è molto più alto delle
lampade alogene e delle Xenophot; anche la resa luminosa è molto alta: una HID di 35W da 3500
lumen è pari a 100 lm/W, mentre per le alogene non survoltate (che durano circa 2000 ore) siamo
intorno ai 25 lumen/watt; le alogene survoltate, invece, (durano circa 50 ore e molte delle lampade
subacquee lavorano così) si attestano intorno ai 35 lumen per watt. Se ne può dedurre che in prima
approssimazione le HID hanno una resa 4 volte superiore e quindi, a parità di batteria, consentono una
autonomia quadrupla. Di contro le HID presentano alcuni svantaggi: il costo prima di tutto, in quanto
solo la lampadina può costare anche più di 100 Euro! La centralina elettronica si aggira sui 200 Euro.
Certo si risparmia sulla batteria, ma le tensioni in gioco sono dell’ordine di 6000-30000 Volt e, quindi, il
tutto è sensibilissimo all’ umidità: anche una piccolissima quantità di acqua condensata genera archi
che provocano danni irreparabili alla parte elettronica, con perdite economiche notevolissime.