Classificazione delle sorgenti luminose: lampade a scarica

Lampade a scarica nei gas e nei vapori

Le lampade a scarica nei gas e nei vapori basano il loro principio di funzionamento sulla caratteristica posseduta da particolari sostanze (vapori di mercurio, vapori di sodio, argon, neon, ecc..) di liberare elettroni (negativi) e dar luogo alla formazione di ioni (positivi) quando sono sottoposti ad una differenza di potenziale elettrico. All\'interno di un tubo, ad ogni estremità, è posto un elettrodo, uno positivo (anodo), verso il quale migrano gli elettroni e l\'altro, negativo (catodo), verso il quale si dirigono gli ioni. Quando si alimenta la lampada in tensione alternata la polarità si inverte ad ogni periodo determinando l\'inversione del movimento di elettroni e ioni. All\'interno del tubo l\'agitazione aumenta sempre più e gli elettroni entrano in contatto con gli atomi di metallo dando luogo ad un processo di ionizzazione in grado di sostenere la scarica.

Il particolare funzionamento di queste lampade, con passaggio di corrente all\'interno di un gas, rende indispensabile l\'impiego di un alimentatore, del tipo convenzionale o elettronico, che assolve al duplice compito di fornire un\'adeguata tensione d\'innesco e di ridurla durante il normale funzionamento per limitare la corrente di scarica. A differenza delle lampade ad incandescenza, infatti, che presentano una caratteristica positiva della resistenza (la resistenza aumenta rapidamente limitando quindi la corrente assorbita), se le lampade a scarica fossero collegate direttamente alla rete, a causa del fenomeno di ionizzazione a cui sono sottoposti i gas contenuti all\'interno del tubo, la resistenza tenderebbe a diminuire progressivamente provocando un aumento incontrollato della corrente di scarica con la conseguente distruzione del tubo per cortocircuito. A differenza delle lampade ad incandescenza la luce emessa non dipende dalle alte temperature raggiunte dal filamento durante il funzionamento. La trasformazione dell\'energia elettrica in energia luminosa avviene in modo diretto, garantendo quindi un\'efficienza notevolmente superiore. Questo tipo di lampade, se utilizzato correttamente, è caratterizzato da un\'efficienza luminosa di gran lunga superiore a quella delle lampade ad incandescenza tradizionali e con alogeno. Le lampade a scarica forniscono le migliori prestazioni alla temperatura ambiente di circa 25 °C . Valori di tem­peratura superiori o inferiori possono influire negativamente sull\'efficienza luminosa e sul flusso luminoso emesso (tab. 8).

Lampade a scarica a bassa intensità

Le lampade a scarica di bassa intensità , comunemente dette lampade fluorescenti, possono sostanzialmente essere di due tipi, lineari o compatte. Sono, tra le sorgenti luminose attualmente disponibili sul mercato, le più utilizzate per l\'illuminazione sia degli interni che degli esterni. La loro diffusione è dovuta soprattutto alle ottime caratteristiche concernenti la qualità della luce, la gamma di sfumature di luce che possono fornire, l\'elevata efficienza luminosa, la lunga durata di vita (le lampade di ultima generazione durano da otto a quaranta volte più a lungo delle lampade ad incandescenza e richiedono a parità di luce emessa fino al 90% in meno di energia elettrica) e la possibilità di accensione istantanea o quasi istantanea. Sono costruttivamente composte da un tubo di vetro contenente vapore di mercurio a bassa pressione e rivestito al suo interno con uno strato di polveri fluorescenti (fig. 27). Alle due estremità del tubo sono fissati due elettrodi ricoperti di particolari sostanze capaci di rilasciare, se sollecitate, un certo numero di elettroni che permettono l\'innesco della scarica. Se si alimenta la lampada si produce un arco elettrico all\'interno del tubo, tra il catodo e l\'anodo posti alle estremità, e gli elettroni in movimento tra i due elettrodi eccitano gli atomi di mercurio che sono a loro volta sollecitati ad emettere radiazione ultravioletta invisibile. La speciale strato di polvere fluorescente di cui è ricoperto il tubo, investito da tali radiazioni, emette luce visibile (fig. 27). La diversità delle polveri fluorescenti permette di ottenere differenti qualità di luce. Presentano una buona efficienza luminosa compresa fra i 50 e i 70 lm/W, una temperatura di colore della luce emessa compresa tra i 3000 K (tonalità di luce calda) e i 6300 K (tonalità di luce bianchissima) e un indice di resa del colore Ra compreso fra 30 e 94. La durata di vita prevista si aggira attorno le 5000-7500 ore anche se occorre considerare che verso la fine della loro vita il flusso luminoso scende allo 85% rispetto a quello iniziale.

In relazione al tipo di polveri fluorescenti utilizzate, che influenzano la qualità di luce emessa, le lampade fluorescenti possono essere ricondotte a due principali famiglie. Quelle contenenti alofosfati , che generano un colore primario ed un colore secondario della luce con una discreta resa dei colori (da 50 Ra a 70 Ra circa), e quelle più moderne con l\'innovativa tecnologia a trifosfori che generano i 3 colori fondamentali della luce (rosso, verde e blu) con una migliore resa cromatica (da 80 Ra a 90 Ra circa).

Le lampade fluorescenti lineari a catodo preriscaldato costruttivamente sono costituite da un tubo di vetro, con caratteristiche tali da permettere il controllo della trasmissione delle radiazioni di corta lunghezza d\'onda, rivestito con polveri fosforescenti. Uno degli elementi fondamentali per la qualità della luce emessa è proprio la composizione dei sali fluorescenti utilizzati nel rivestimento del tubo. Da questi dipendono le caratteristiche spettrali della luce emessa nonché l\'efficienza e la durata di vita delle lampade. All\'interno del tubo viene introdotta una miscela di gas contenente vapori di mercurio a bassa pressione e una piccola quantità di gas inerte (Argon o Kripton). Alle estremità del tubo si trovano gli elettrodi costituiti da un

filamento di tungsteno, a doppia o tripla spirale, rivestito di particolari sostanze che accentuano la capacità di emettere elettroni. Gli elettrodi hanno il compito, quando la lampada è alimentata dalla rete attraverso un opportuno alimentatore, di fornire gli elettroni necessari all\'innesco e al mantenimento della scarica. In alcuni casi, con gli alimentatori di tipo tradizionale, occorre utilizzare anche un particolare interruttore d\'innesco, comunemente noto come starter, che ha la funzione di preriscaldare gli elettrodi e di agevolare l\'innesco della scarica.

Fra le lampade a catodo preriscaldato sono annoverate anche quelle che impiegano un particolare tipo di reattore chiamato tachistart e rapidstart . Non richiedono l\'impiego di starter in quanto il preriscaldamento viene ottenuto mediante avvolgimenti supplementari del reattore stesso. Le lampade che utilizzano l\'alimentatore tachistart sono delle comuni lampade fluorescenti alle quali è stata applicata una striscia metallica su tutta la lunghezza del tubo (polarizzazione della lampada) e presentano la vantaggiosa caratteristica di un\'accensione istantanea. Ad accensione istantanea sono anche le lampade rapidstart che vengono fornite con la striscia metallica già presente oppure, a sostituzione della striscia metallica, con uno strato conduttivo interno al tubo (fig. 28).

Un altro tipo di lampada fluorescente, sempre a catodo caldo ma che non necessitano di preriscaldamento, sono le fluorescenti a catodo caldo non preriscaldato meglio note col nome commerciale di slimline. Si presentano di forma sottile e allungata e sono caratterizzate dal fatto di accendersi immediatamente senza l\'ausilio di alcuno starter.

A differenza dei normali tubi fluorescenti, non necessitando di preriscaldamento, anziché con i soliti doppi contatti si presentano con un solo contatto per ogni estremità e devono essere alimentate tramite speciali alimentatori in grado di fornire una tensione di valore più elevato sufficiente ad innescare la scarica. Sono commercializzate con potenze non molto elevate, presentano una buona vita media (non essendo sottoposte a preriscaldamento) e sono principalmente impiegate, installate in modanature e superfici sporgenti, per illuminamenti indiretti.

Un\'evoluzione delle lampade fluorescenti lineari è la lampada fluorescente compatta. Il principio di generazione della luce è analogo a quello delle lineari, ma per forma, dimensioni e tipo di attacco sono praticamente simili alle lampade ad incandescenza tradizionali. Sono solitamente equipaggiate con un sistema elettronico di accensione e di alimentazione ad alta frequenza che permette un\'accensione istantanea con emissione di flusso costante e senza sfarfallio. Conservano nel complesso le stesse caratteristiche delle lineari per quanto concerne la qualità della luce, il contenimento dei consumi energetici e la durata di vita, distinguendosi però per la praticità d\'uso e soprattutto per la possibilità, essendo spesso dotate di attacco a vite E27, di sostituire direttamente le lampade tradizionali. Negli ultimi tempi sono entrate in diretta competizione con le storiche lampadine e stanno acquistando fette di mercato sempre più consistenti.

Lampade a scarica ad alta intensità

Un arco elettrico viene fatto scoccare in un ambiente ad alta pressione contenente una miscela di atomi di alogenuri metallici e di mercurio. Da questi viene emessa sia radiazione ultravioletta sia visibile. Un particolare vetro filtra le radiazioni ultraviolette lasciando passare la luce visibile. Per migliorare le prestazioni si aggiunge ai gas contenuti nel tubo di scarica una certa quantità di sodio (fig. 29).

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