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In questa guida spieghiamo quali sono le caratteristiche di una lampadina fluorescente e vediamo quali risultano essere i prezzi dei vari prodotti.
Come Funziona la Lampadina Fluorescente
Le prime lampade fluorescenti sono comparse sul mercato verso la metà degli anni trenta e, vista la loro efficienza luminosa superiore a quella delle lampade ad incandescenza, sono diventate presto di utilizzo comune.
Le lampade fluorescenti vengono definite dalle norme come lampade a scarica a vapore di mercurio a bassa pressione aventi forma tubolare diritta, circolare o a U, nelle quali la maggioranza della luce è emessa da uno strato di sostanza fluorescente eccitata dalle radiazioni ultraviolette della scarica
Esse utilizzano, quindi, l’attitudine ad emettere radiazioni luminose visibili da parte di alcune sostanze chimiche, quando sono sottoposte a radiazioni ultraviolette.
Indipendentemente dalla loro forma, esse sono composte da un tubo di vetro, avente due elettrodi posti alle estremità. All’interno del tubo viene immessa una miscela di gas, contenente vapore di mercurio a bassa pressione e una piccola quantità di argo. La funzione dell’argo è quella di facilitare l’accensione della lampada e la sua pressione ha un ruolo molto importante.
Se la pressione è leggermente superiore a quella prevista, la lampada si accende con maggiore difficoltà, ma presenta un flusso luminoso costante.
se invece è inferiore, la lampada si accende più facilmente, ma per contro presenta un decadimento del flusso luminoso più accentuato e una durata della lampada più breve.
Gli elettrodi sono formati da un filamento di tungsteno con doppia o tripla spiralizzazione, rivestito da sostanze particolari in grado di aumentare il loro potere di emissione. Ponendo gli elettrodi sotto tensione, se ne provoca il riscaldamento e la conseguente emissione elettronica.
Le lampade fluorescenti si possono classificare in diversi modi.
Se si classificano in base all’accensione, esse possono essere
-lampade fluorescenti ad accensione non istantanea
-lampade fluorescenti ad accensione istantanea.
Se si classificano in base al tipo di catodo, esse si dividono in
-lampade a catodo caldo
-lampade a catodo freddo.
Se si classificano in base alla forma, esse possono essere
-lampade fluorescenti tubolari di tipo rettilineo
-lampade fluorescenti tubolari circolari
-lampade fluorescenti tubolari ad U.
Possono essere distinte anche in base al loro diametro, al colore del tubo, all’integrazione o non integrazione degli ausiliari per l’accensione.
Il colore della luce emessa dalle lampade fluorescenti dipende dai tipi di fosfati usati. silicato di zinco per il verde, tungstato di calcio per il blu, borato di cadmio per il rosa, fosfati di calcio per il bianco, a cui si aggiungono mescolanze di altre polveri.
Per controllare con precisione la temperatura di colore e l’indice di resa cromatica viene aggiunto uno speciale rivestimento trifosforo che copre un secondo rivestimento di fosfori, a sua volta posto sopra una base di alofosforo. Con questa soluzione, le lampade fluorescenti sviluppano il massimo della loro efficienza quando vengono impiegate con alimentatori elettronici.
Lampade fluorescenti a catodo caldo preriscaldato con reattore normale e starter
In queste particolari lampade si usa lo starter per preriscaldare gli elettrodi e innescare l’arco elettrico per l’accensione della lampada. L’alimentazione utilizzata, del tipo induttivo, alimenta la lampada alla tensione di rete.
L’accensione di queste lampade si può riassumere come segue
-se si applica tensione, si causa una scarica luminescente nello starter, la quale riscalda un contatto bimetallico e lo fa chiudere
-in questo periodo di tempo gli elettrodi sono collegati in serie e sono preriscaldati dalla corrente che li percorre
-la scarica luminescente però si spegne subito dopo la chiusura del contatto bimetallico e questo, di conseguenza, si raffredda e si riapre
-l’apertura del contatto dello starter provoca una sovratensione improvvisa che innesca l’arco all’interno del tubo fluorescente
-una volta innescata la scarica, la tensione di funzionamento è sufficiente a mantenere l’arco, pur risultando insufficiente per innescare una nuova scarica luminescente nello starter.
La produzione di luce si può riassumere nel modo seguente
-gli elettrodi posti alle estremità del tubo, comportandosi come erogatori e collettori di elettroni quando sono sotto tensione, generano un flusso di elettroni
-il flusso colpisce gli atomi di mercurio eccitandoli
-gli elettroni di mercurio ritornano però immediatamente nella loro condizione di stabilità, liberando l’energia supplementare acquisita
-questa energia liberata si manifesta come radiazione elettromagnetica e, nel caso del mercurio a bassa pressione, soprattutto come radiazione ultravioletta con lunghezza d’onda di 253,7 nm
-la composizione di sali fluorescenti assorbe le radiazioni elettromagnetiche prodotte dagli atomi di mercurio e le riemette ad una lunghezza d’onda diversa.
Un elemento molto importante, che caratterizza la luce emessa da una lampada fluorescente, quindi, è costituito dal tipo di sale fluorescente impiegato da solo o in combinazione di altri sali. Il sale fluorescente all’atto della preparazione viene purificato e combinato con un altro elemento denominato attivante. In definitiva, è questo che condiziona le caratteristiche spettrali della luce emessa, in modo che si riscontra che alcune polveri, se utilizzate da sole, danno luogo ad emissioni luminose che coprono tutto lo spettro del visibile, altre se opportunamente combinate generano differenti caratteristiche di colore.
Tutte le diverse combinazioni sono evidenziate dal diagramma di cromaticità del CIE.
Mentre fino a qualche anno fa le lampade impiegate avevano un diametro di 38 e 26 mm ed erano riempite di argo, ultimamente sono comparse lampade con diametro da 26 mm riempite di cripto. Queste lampade sono state introdotte con lo scopo di ottenere un risparmio immediato di consumo energetico pari al 10%. Inoltre l’impiego di cripto ha dato luogo ad una nuova tecnologia costruttiva che ha consentito una riduzione del 10% della potenza impegnata, pur con un flusso luminoso uguale o superiore a quello delle tradizionali lampade di pari lunghezza ma di diametro maggiore.
Le lampade fluorescenti di piccolo diametro funzionano esclusivamente con lo starter che deve essere in grado di provocare una sovratensione di 800 V. Inoltre la lunghezza e gli attacchi di queste lampade rimangono uguali a quelle delle lampade già in uso. Presentano però una maggiore efficienza luminosa in quanto, essendo il diametro inferiore a quello delle altre lampade e più bassa anche la pressione del gas di riempimento, la radiazione ultravioletta attraversa uno strato di gas meno spesso e arriva alle sostanze fluorescenti con una energia superiore.
Un altro tipo di lampade comparso sul mercato in questi ultimi anni è rappresentato dalle lampade fluorescenti compatte.
Esse presentano una compattezza di dimensioni e una linea di forme che le pone in diretta competizione con le lampade ad incandescenza. Sono caratterizzate da una elevata efficienza luminosa, che consente loro una notevole riduzione del consumo di energia elettrica rispetto alle normali lampade ad incandescenza a parità di flusso luminoso emesso. La durata media di queste lampade raggiunge le 8000 ore, otto volte in più rispetto alle lampade ad incandescenza. La potenza assorbita viene trasformata quasi completamente in luce. Alcune di tali lampade sono dotate di attacco a vite E27, il quale permette loro di essere immediatamente applicate al posto delle lampade ad incandescenza nei punti luce già esistenti, inoltre sono dotate di un sistema di accensione e di alimentazione ad alta frequenza completamente elettronico che conferisce loro caratteristiche di accensione immediata, assenza dello sfarfallio e costanza di flusso luminoso emesso.
Un ulteriore tipo di lampade fluorescenti a catodo caldo preriscaldato è costituito da quelle lampade che hanno la superficie interna del tubo rivestita, oltre che dal normale strato di sostanze fluorescenti, anche da un altro strato costituito da polveri riflettenti che ricoprono per tutta la lunghezza del tubo un arco di 240 gradi. Questa particolare esecuzione permette di concentrare la totalità del flusso luminoso emesso nel restante arco di 120 gradi.
Le lampade fluorescenti a catodo caldo preriscaldato sono, tra le lampade a scarica, le più diffuse e il loro campo di utilizzo va dalla illuminazione civile all’illuminazione stradale ed industriale.
Lampade fluorescenti a catodo caldo preriscaldato con reattore tachistart e rapidstart
Queste lampade sono caratterizzate da accensione immediata e differiscono dalle normali, oltre che per il modo di accensione, per l’assenza nel circuito elettrico dello starter e per la presenza invece di un alimentatore specifico che preriscalda gli elettrodi mediante avvolgimenti supplementari.
Le lampade che utilizzano l’alimentatore tachistart sono comuni lampade fluorescenti che normalmente funzionano con lo starter. Munite di una striscia metallica, disposta su tutta la lunghezza della lampada, e collegate ad un alimentatore denominato tachistart, queste lampade si accendono istantaneamente.
Nel caso di lampade circolari, mediante una molletta di contatto, la striscia metallica viene collegata a un capo del circuito sul quale è presente la tensione di rete, in questa situazione è presente, ai fini antinfortunistici, una resistenza con un elevato valore interposta tra la striscia e il collegamento alla linea. L’alimentatore è costituito di solito da una normale impedenza e da un autotrasformatore.
Il funzionamento all’atto dell’accensione, con tensione di rete 230 V, si può riassumere nel seguente modo
-la lampada non è ancora accesa e nell’impedenza circola la sola corrente di magnetizzazione dell’autotrasformatore
-in questo istante la parte dell’autotrasformatore collegata alla linea risulta alimentata, mentre le parti dell’autotrasformatore che si collegano agli elettrodi della lampada risultano sottoposte alla tensione di 9 ÷ 10 V
-questo piccolo valore di tensione consente di far circolare una corrente che preriscalda gli elettrodi e determina l’accensione della lampada
-con l’accensione della lampada, l’impedenza viene percorsa dalla corrente di assorbimento e questo fatto determina una caduta di tensione sulla parte dell’autotrasformatore collegata in linea (la tensione applicata risulta adesso di 100 ÷ 102 V)
-di conseguenza anche le parti dell’autotrasformatore collegate agli elettrodi della lampada sono sottoposte ad una minore tensione (2,5 ÷ 3 V).
Le fasi dell’accensione avvengono in un tempo stimabile sui 5 centesimi di secondo e ovviamente impercettibili alle persone.
Le lampade rapidstart invece possono essere costruite con la striscia metallica già presente oppure senza striscia ma con uno strato conduttivo interno e funzionano con un alimentatore denominato rapidstart che è praticamente identico all’alimentatore tachistart, presentando come unica differenza una diversa tensione ai capi degli elettrodi.
L’accensione di queste lampade avviene non appena gli elettrodi sono sufficientemente riscaldati e normalmente sono esenti dal fenomeno dello sfarfallamento. Per garantire un’accensione sicura si usa aumentare la ionizzazione del gas per mezzo di tensioni capacitive. Ecco perché è bene ricordare al momento dell’installazione che, se la lampada è costruita con lo strato protettivo interno, essa deve essere montata a meno di 2 cm dalla parte metallica dell’apparecchio illuminante, la quale deve essere collegata a terra. Se è presente invece la striscia metallizzata, questa deve essere collegata a massa oppure a terra, in modo da determinare una differenza di potenziale di circa 180 V.
Le lampade rapidstart vengono costruite anche nella versione ad alta emissione, in questo caso esse emettono un flusso luminoso molto più elevato delle normali lampade rapidstart. In questa versione all’interno della lampada si creano dei punti freddi, formati da uno spazio di circa 6 cm situato dietro gli elettrodi e separato da questi da uno schermo. Infine occorre notare che gli alimentatori tachistart, anche se non progettati per questo scopo, possono alimentare lampade rapidstart, mentre gli alimentatori rapidstart non possono alimentare lampade normali, ciò è dovuto alla diversa tensione alla quale sono sottoposti gli elettrodi nei due tipi di lampade.
Lampade fluorescenti ad accensione istantanea a freddo
Queste lampade sono caratterizzate, funzionalmente, da una accensione istantanea e, costruttivamente, dalla presenza di elettrodi a triplice spiralizzazione che riuniscono doti di buona robustezza con quelle di elevato potere emissivo. La spiralizzazione, strutturata in questo modo, trattiene con maggiore forza i composti emissivi posti sugli elettrodi, impedendo il rapido decadimento della loro efficienza conseguente alle forti sollecitazioni elettriche a cui sono sottoposti.
Le lampade ad accensione istantanea si dividono in due specifici tipi, a seconda che l’accensione sia provocata da un alimentatore particolare o esista un dispositivo particolare, inserito sulla lampada stessa.
Il primo tipo di lampade si denomina slimline, mentre il secondo è chiamato ad elettrodo ausiliario.
Le lampade slimline non hanno necessità di preriscaldare gli elettrodi e sono caratterizzate da una tensione di innesco piuttosto elevata. Assomigliano alle lampade rapidstart per l’accensione immediata e per l’assenza dello starter, ma si differenziano per la loro forma e per il tipo specifico di elettrodi. Per ottenere valori elevati di tensione utilizzano un particolare alimentatore, a forte dispersione di flusso, che però stabilisce un basso fattore di potenza.
Le lampade fluorescenti con elettrodo ausiliario presentano internamente una striscia metallica conduttrice su tutta la lunghezza del tubo; tale striscia è collegata con una estremità ad uno dei due elettrodi, mentre l’altra estremità è posizionata in vicinanza del secondo elettrodo.
Il funzionamento può essere riassunto nel modo seguente
-alla chiusura del circuito si manifesta una scarica luminescente tra l’elettrodo ausiliario e quello opposto
-tale scarica induce l’elettrodo opposto ad emettere un numero di elettroni sufficienti a far avvenire immediatamente l’innesco della scarica principale
-la corrente elettrica circola attraverso la miscela di gas interna e la lampada funziona regolarmente.
Le lampade ad accensione istantanea sono adatte per funzionamenti prolungati e per accensioni poco frequenti. Esse presentano diversi aspetti positivi, tra i quali si possono citare una buona efficienza luminosa, una bassa luminanza, una durata media di funzionamento sulle 6000 ÷ 9000 ore ed una utilizzazione anche in ambienti freddi, se rivestite di sostanze siliconiche.
Sono utilizzate per la creazione di soffitti luminosi in sale per riunioni oppure per insegne pubblicitarie.
Lampade a catodo freddo
Le lampade a catodo freddo sono più sottili e più lunghe delle altre lampade fluorescenti. Esse, nonostante abbiano un vasto campo di utilizzazione, non sono sottoposte ad una normalizzazione precisa.
Il tubo ha una notevole lunghezza e ha un diametro che varia generalmente dai 13 ai 22 mm.
Gli elettrodi sono molto diversi da quelli delle normali lampade fluorescenti, la loro forma è simile a un bicchiere e sono caratterizzati da una grande superficie. Nelle lampade a catodo freddo l’emissione elettronica di scarica viene stabilita tenendo gli elettrodi sempre alla tensione di linea, indicativamente 600 ÷ 800 V.
Analogamente alle altre lampade a scarica, anche queste lampade vengono collegate ad un alimentatore, che in questo caso è un autotrasformatore con una reattanza di dispersione capace da sola di stabilizzare l’arco.
Frequentemente queste lampade vengono collegate ad un unico alimentatore. In queste situazioni gli alimentatori raggiungono potenze molto elevate, con tensioni applicate che raggiungono valori di alcune migliaia di volt. La potenza assorbita dalle lampade è sull’ordine dei 20 ÷ 30 W per metro e la durata varia dalle 10 000 alle 20 000 ore, indipendentemente dal funzionamento. Essendo la tensione di alimentazione per ogni metro di lampada molto elevata, le disposizioni antinfortunistiche fissano a 6000 V il valore massimo utilizzabile per alimentatore. Conseguentemente, se il valore complessivo dell’impianto supera il valore di 6000 V, insegna luminosa molto lunga, si ricorre alla soluzione di utilizzare più alimentatori, spezzando l’insegna in più parti
La funzione delle lampade a catodo freddo non è quella di illuminare, maquella di attirare l’attenzione delle persone o evidenziare un ambiente ricreativo o di commercio. Per questi motivi si usa generalmente inserire all’interno del tubo gas differenti, in modo da ottenere colori diversi- Per esempio l’elio conferisce una luce rosa, il mercurio e l’argo colori azzurri ecc. Si impiegano inoltre tubi colorati e in particolare è molto diffuso l’uso dei cosiddetti tubi policromi, tubi divisi secondo la lunghezza da diaframmi e contenenti in ogni sezione gas diversi, in modo da ottenere luci di colore diverso.
Il tubo di scarica è un tubo cilindrico di quarzo in cui sono inseriti gli elettrodi, il mercurio e il gas inerte. Esso deve essere molto resistente alle elevate temperature di funzionamento ed inoltre deve essere completamente trasparente alla radiazione ultravioletta. Gli elettrodi della lampada si distinguono in principali e secondari.
Gli elettrodi principali sono formati da una barretta di tungsteno, sulla quale viene collocato un avvolgimento sempre di filo di tungsteno.
L’elettrodo ausiliario è costituito da un filamento di tungsteno, avente, all’interno del tubo di scarica, un capo collegato al primo elettrodo principale e l’altro avvicinato al secondo elettrodo principale.
Infine il bulbo esterno racchiude il tubo di scarica ed il supporto. All’interno del tubo esterno viene inserito del gas inerte e sia il bulbo che il gas hanno il compito di preservare tutti i componenti dalla corrosione dovuta alle alte temperature e di mantenere costante la temperatura del tubo di scarica.
Per questa seconda funzione la forma ovoidale di queste lampade è detta anche isotermica. A seconda della potenza della lampada vengono impiegati tipi di vetro diversi. La superficie interna del bulbo esterno è rivestita di sali fluorescenti che convertono le radiazioni ultraviolette in luce.
L’attacco può essere del tipo Edison, E27 per le basse potenze e E40 per le elevate potenze, o del tipo a baionetta, B22d.
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