in piena luce - VIMEL di Capitani Luca

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LA LUCE Che cosa è la luce? Possiamo dire che è una forma di energia visibile che si presenta sotto forma di onde elettromagnetiche la cui frequenza, espressa in nm, da’ origine al colore. Perchè’ vediamo i colori? Tutte le superfici contengono pigmenti che hanno la capacità di assorbire ed in parte riflettere con effetti diversi le onde elettromagnetiche luminose ricevute. Quello che noi vediamo sono queste onde riflesse. Un oggetto che noi percepiamo come “nero” è un oggetto che ha assorbito tutte le lunghezze d’onda della luce e non ne ha riflessa alcuna. L’oggetto “bianco” è quello i cui pigmenti hanno invece riflesso tutte le frequenze ricevute. Quello che noi vediamo “colorato” è la sommatoria delle varie frequenze riflesse. Il diagramma sottostante indica la sensibilità dell’occhio umano di percepire i vari colori. SENSIBILITAʼ L’occhio umano percepisce le frequenze tra i 380 ed i 780 nm (dal viola al rosso). In genere la “luce” è un mixed di più frequenze (più colori) che danno come risultato la tonalità colore e che è abbastanza ben espressa dai °K (temperatura colore). Ultravioletti Raggi gamma VIOLETTO BLU VERDE GIALLO ARANCIO ROSSO Raggi X Violetto LUNGHEZZA DʼONDA in NANOMETRI LUNGHEZZA DʼONDA in NANOMETRI Blu scuro Blu Verde Giallo Arancio Onde radar Più basso è il valore della temperatura colore e più calda appare la sorgente di luce. Nel settore illuminotecnico si indica come colore caldo (warmwhite) la temperatura colore intorno ai 3000°K (esempio quello di un tramonto estivo), come colore bianco/freddo (cool-white) quella intorno ai 4000°K (vedi come esempio la luce riflessa dalla luna piena) e come colore diurno (daylight) quella intorno ai 6000°K (simile alla luce del cielo coperto). L’esatta tonalità colore della sorgente luminosa è indicata dai diagrammi di distribuzione spettrale. Per le microlampade e lampade ad incandescenza sottovuoto, in genere la temperatura colore è di circa 1800/2600°K, mentre per le alogene ad esempio si arriva sui 3000/3200°K, per le fluorescenti intorno ai 6000°K. La luce del sole contiene tutti i colori (frequenze) visibili dall’occhio umano: per certi aspetti la lampada a filamento ne è simile in quanto emette tutti i colori dell’iride.Questo fa si che i portalampade di segnalazione possano impiegare, per le indicazioni volute, gemme colorate (chiamiamole anche filtri) che riescono a “bloccare” alcuni colori e, lasciando “passare” solo quelli desiderati, ci permettono di ottenere segnalazioni visive rosse, verdi, gialle etc. Rosso Onde SHF Onde UHF Onde VHF Onde corte Luce solare Lampada ad incandescenza Infrarossi Onde lunghe 2 Power LED Incandescenza Alogene Risp. Energia Fluorescenti Ioduri Met. Vap. Mercurio Miscelata Sodio HP Sodio BP essere un leader La lampada deve essere quindi considerata uno “strumento” che trasforma una parte (5-10%) dell’energia elettrica assorbita in energia luminosa (l’altra è calore) e la sua efficienza è il rapporto tra la quantità di luce (flusso luminoso) emessa e la potenza assorbita. Questo valore si esprime in lumen/watt. Ad esempio una lampada ad incandescenza da 100W ha una efficienza (rendimento) di circa 12 lumen/watt, mentre una lampada a risparmio energetico da 22W (quindi paragonabile come flusso luminoso emesso) ha invece una efficienza (rendimento) di circa 56 lumen/watt. valori indicativi medi Lumen/Watt 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 L’attuale tecnologia ci permette di produrre luce in maniera diversa, e a seconda del loro funzionamento le lampade si dividono in incandescenza, a led, a scarica nei gas a catodo caldo, a catodo freddo, a ioduri metallici, al sodio, a mercurio, a luce miscelata, ad induzione e nel futuro chissà… Utilizzando opportunamente tipi di lampade diverse e la tonalità di luce da loro emessa è anche possibile migliorare l’effetto dei colori (Architettura della luce). Ad esempio nei paesi nordici quando “scende la sera” in una stanza illuminata con lampade di colore caldo (vedi le nostre DECOR) si renderà l’atmosfera più calda ed intima. Al contrario in paese meridionale, con temperature estive elevate, una luce di tonalità fredda renderà maggiormente l’idea di un ambiente più fresco e più confortevole. Parimenti in ambienti con arredamento classico, in legno e tessuto, si useranno lampade a tonalità calda mentre in ambienti lavorativi, con vetro, marmo e pareti bianche una luce fredda renderà più dinamica l’atmosfera. Ancora, una ioduri metallici ad emissione di luce verde esalterà il colore delle foglie degli alberi di un giardino, mentre la facciata di un palazzo storico sarà enfatizzata se illuminata da una luce di colore rosso antico. Diagramma cromatico
CARATTERISTICHE DI PROGETTO Una lampada è il risultato di diverse esigenze: tensione di alimentazione disponibile, luminosità richiesta, durata ed anche efficienza luminosa e temperatura colore.Ogni variazione di un parametro porta a modificare gli altri. Ad esempio: • una lampada sottoalimentata del 20% avrà una durata circa 10 volte maggiore • due lampade A e B con la stessa tensione di alimentazione e corrente assorbita potranno avere: A) una luminosità elevata e vita breve B) una luminosità bassa e vita lunga In effetti un filamento sarà dimensionato corto e sottile con alta resistenza lineare, e l’altro grosso e lungo con bassa resistenza lineare: entrambi avranno lo stesso valore di resistenza ma caratteristiche diverse. Conseguentemente progetterò un filamento del tipo A per una lampada per torce (poche ore di vita ma con luce vivissima) mentre del tipo B per una lampada di presenza tensione (che abbia una durata il più lungo possibile anche sacrificando la luminosità : tipico uso per la lampada al neon). La temperatura del filamento determina inoltre l’efficienza lumen/watt delle lampade ad incandescenza. Il diagramma sottostante dimostra che per aumentare l’efficienza devo aumentare la temperatura del filamento; oltre a certi limiti dovrò però inserire nel bulbo un gas inerte che possa rallentare l’evaporazione del tungsteno e che “raffreddi” meglio il filamento trasmettendone il calore all’esterno. Tipi diversi di gas ottengono risultati diversi: i più usati sono Xenon e Krypton per permettere una migliore efficienza luminosa (ad esempio nel settore auto o per particolari lampade ad alta In), Argon per usi diversi, miscelato per esempio con altri gas chimicamente attivi come iodio e bromo, permette di ottenere il ciclo “alogeno”. 3200 °K 3000 °K 2800 °K 2600 °K 2400 °K 2200 °K 2000 °K 1800 °K 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 MSCP / Watt FUNZIONAMENTO Per mezzo della tensione applicata passa nel filamento una corrente proporzionale alla sua resistenza (V = RI), che riscalda il filamento sino ad emettere luce visibile (o una radiazione verso il rosso per le lampade Infrared) Generalmente i bulbi sono sotto vuoto, o con gas neutro per evitare l’ossidazione del filamento e che quindi la lampada “bruci”. Quando questo avviene è un difetto ed è perché è rimasto nel bulbo una minima quantità di aria (ossigeno): in quel momento il filamento quasi istantaneamente vaporizza e si trasforma in ossido di tungsteno di colore bianco. Per migliorare il vuoto si aggiunge sul filamento uno speciale composto detto GETTER che alla prima accensione, durante la fase di collaudo in fabbrica, “brucia” tutto il poco ossigeno rimasto (qualche volta il Getter ingiallisce leggermente l’interno del bulbo ma questo significa una migliore qualità della lampada). È anche interessante notare che per impieghi in condizioni pesanti, tipo urti e vibrazioni (tipici nel settore auto) è opportuno mantenere la tensione bassa con filamenti corti e a sezione grossa. Se necessario, in presenza di tensioni elevate e contemporaneamente di vibrazioni (tipica necessità per le lampade per semafori), si potrà aumentare il numero di supporti per mantenere saldo il filamento. 3 significa PRINCIPI COSTRUTTIVI DI UNA LAMPADA AD INCANDESCENZA Il “cuore”di una lampada ad incandescenza è il filamento che deve resistere alle alte temperature con il minimo di evaporazione possibile e mantenere le proprie caratteristiche di progetto per un lungo periodo. Il materiale impiegato è generalmente il tungsteno perché possiede un basso coefficiente di evaporazione alle alte temperature (punto di fusione 3650°K) e possiede inoltre una elevata resistenza meccanica. La lunghezza del filamento (che a titolo di esempio è di circa un metro per una lampada GLS a 230V 60W) è dimensionato in funzione della tensione, mentre il diametro in funzione della corrente: minore è la sezione maggiore è la resistenza. Attenzione! La resistenza elettrica del filamento è molto bassa a freddo ed aumenta sensibilmente a caldo. % di In 40 mA 100 mA CARATTERISTICHE DI PICCO PER LAMPADE AL TUNGSSTENO PER CORRENTI da 40 mA a 100 mA TEMPO ( mS ) Nel diagramma soprastante si vede il picco di corrente nel primo istante di accensione. Questo spiega quindi la “sofferenza” di una lampada soggetta a continui cicli di accensione/spegnimento e la breve vita di queste lampade. Come già detto questi parametri possono però essere variati in funzione di altre esigenze. Essendo poi in generale molto lungo, il filamento dovrà essere “spiralizzato” una o due volte (C o CC). Il bulbo per le microlampade e le GLS è costituito da vetro tenero mentre per le alogene è necessario usare quarzo di elevata qualità per resistere alle alte temperature e ad alte pressioni. I supporti sono in molibdeno per evitare eventuali c.c. che possano presentarsi nelle fasi di dilatazione del filamento e che dipendono dalla sezione/lunghezza. Per i fili terminali e gli elettrodi si impiegano speciali conduttori al ferro-nichel ramato a bassa resistenza chiamato DUMET. Per lampade a tensioni elevate, come prescritto dalle normative, vengono impiegati fusibili di protezione. bulbo supporti vuoto-gas filamento DUMET In
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