Lampade a vapori di mercurio
Inviato: sab apr 15, 2006 12:32 am
LAMPADE A VAPORI DI MERCURIO
Questo tipo di lampade solitamente si impiegano nell’illuminazione di grandi superfici sia aperte che coperte. Generalmente e nella grande maggioranza trovano applicazione nell’illuminazione stradale pubblica e nelle aree industriali. Prima della normativa riguardante il mercurio ed i suoi derivati erano usatissime anche nell’illuminazione di parchi e giardini pubblici dove ora vengono gradualmente soppiantate dalle piu’ moderne ed efficienti lampade a joduri metallici.
Tuttavia:
se l’attuale normativa le consideri un rifiuto speciale in quanto contenenti seppure in piccolissime quantita’ il mercurio (Hg) e ne sconsigli l’utilizzo per questo principale motivo;
se paragonate alle lampade ad joduri metallici hanno una resa inferiore ed un consumo superiore;
abbiano un’emissione praticamente su quasi tutto lo spettro;
a loro favore resta pur sempre il costo assai contenuto e la facilita’ di installazione in quanto non richiedono apparecchiature di supporto quali l’accenditore come nel caso delle lampade al sodio o allo xenon e, quindi, trovano ancora largo impiego anche se saranno destinate a scomparire e rimanere solo per la produzione di ultravioletti a forte intensita’ per uso industriale e medico (gli ultravioletti sono sterilizzanti).
Esse esistono in due versioni: ordinarie e miscelate. Le lampade ordinarie richiedono solo un reattore come il classico tubo fluorescente che siamo abituati a conoscere sia rettilineo che in forma circolare (erroneamente denominati tubi al neon), le miscelate invece non richiedono nulla: al posto del reattore esterno hanno un filamento uguale a quello di una normale lampadina ad incandescenza entrocontenuto nell’ampolla stessa che sostituisce il reattore, per cui si ha una doppia emissione di luce. Tali lampade (miscelate) possono tranquillamente essere usate el posto delle comuni lampadine ad incandescenza. Per le ordinarie, invece, e’ necessario inserire in serie tra loro e l’alimentazione un reattore.
Ma vediamo di capire qualcosa di piu’ su queste lampade che per anni ci sono state sempre sotto il naso (e che qualche volta hanno dato origine a polemiche). Chiunque sia il Costruttore, qualunque forma abbia esternamente l’ampolla della lampada, qualunque sia la potenza della lampada, all’interno sono costruite tutte allo stesso modo.
La lampada presa in esame e’ il modello HLF 125W PqJ4 prodotta dalla Leuci, con accensione tramite reattore.
Classica lampada a vapori di mercurio
Prima di “smontarla” (non e’ facile aprire una lampadina senza romperla, credetemi) parliamo un attimo di loro.
Comune alla ordinaria (con reattore) ed alla miscelata (senza reattore):
tempo di accensione circa 5 minuti per il raggiungimento della massima efficienza luminosa;
riaccensione dopo qualche minuto di raffreddamento (dipende dalla potenza della lampada);
lampada a reattore:
Efficienza luminosa: 30 - 60 lm/W
Temperatura colore: 2900 - 4200 K
Durata in ore : 10000
Lampada miscelata:
Efficienza luminosa: 11 – 25 lm/W
Temperatura colore: 3500 K
Durata ore : 3000 - 4000
La sorgente luminosa vera e propria di tali lampade e’ una fiala (tubo) di quarzo trasparente detto “tubo di scarica” contenente vapori di mercurio e goccioline di mercurio metallo: Inizialmente la scarica avviene tra l’elettrodo di innesco ed uno degli elettrodi principali. Cio’ permette di generare una ionizzazione primaria nel gas contenuto nella fiala. Raggiunto un certo valore (dopo pochi secondi) si innesca la scarica principale tra i due elettrodi principali.
Una volta innescata la scarica elettrica viene emessa la luce ad opera della colonna di gas ionizzata dalla scarica. Alcuni elettroni danno luogo alla “valanga” ed almeno un elettrone di ogni valanga a sua volta ne genera un’altra; gli elettroni eccitati quando ricadono al livello energetico inferiore danno luogo all’emissione di fotoni.
Cio’ produce due effetti: l’inizio dell’emmissione abbondante di luce e calore. Quest’ultimo permette l’evaporazione del mercurio metallo e lentamente la fiala si porta in pressione e temperatura. A questo punto l’emissione luminosa raggiunge la massima efficienza e cosi’ permane. Quando la lampada viene spenta e’ necessario che la temperatura della fiala (o tubo di scarica) ridiscenda sotto un determinato valore. Cio’ a sua volta determina un abbassamento della pressione interna alla fiala e parte del vapore si ricondensa in minute goccioline di Hg metallo. Mano a mano che la lampada “lavora” il quarzo della fiala si annerisce ed il vapore del mercurio si “consuma”. Cio’ e’ l’invecchiamento della lampada e, comprensibilmente, la sua efficienza diminuisce.
Tuttavia c’e’ da dire che la luce (azzurro-verde o azzurro-argentea) generata dalla fiala o tubo di scarica e’ prettamente nello spettro ultravioletto con una lunghezza d’onda di 2537 A. Tale lunghezza d’onda e’ scarsamente illuminante ma, per contro, e’ altamente nociva alla salute.
Per questo, tale tipo di lampada, sprovvista di convertitore di lunghezza d’onda viene impiegata come sterilizzatrice e produzione di ozono. Difatti l’azione degli ultravioletti, sotrattutto intensi, sull’ossigeno (O2) produce la sua trasformazione in ozono (O3).
Per poter essere impiegate efficacemente e con una certa sicurezza, l’ampolla esterna di tali lampade e’ ricoperta internamente da una particolare sostanza chimica fluorescente, di colore bianco: il vanadato di ittrio o alluminato di ittrio. Tale sostanza ha la caratteristica di emettere luminescenza nello spettro visibile quando stimolata da radiazione ultravioletta.
Proprio per la loro caratteristica di funzionare nello spettro ultravioletto ci furono delle feroci polemiche contro l’impiego di queste lampade, soprattutto nell’illuminazione pubblica. Tannt’è che la IAU (International Astronomical Union), ebbe a lamentarsi che “ … queste lampade dominano l'inquinamento luminoso nella regione blu dello spettro mentre nel rosso il loro contributo è generalmente piccolo e proprio per questo le lampade di questo tipo disturbano molto le osservazioni astronomiche e si deve operare ogni sforzo per limitarne il loro uso nel futuro …”
L'efficienza luminosa di una lampada fluorescente, che viene misurata in lumen/watt, è quattro o cinque volte superiore a quella di una lampada a incandescenza.
Parti costituenti la lampada
Dimensioni della lampada
Il gruppo di scarica
La fiala (tubo) in cui avviene la scarica nel gas
Schema di collegamento e funzionamento della lampada
A chiusura una serie di foto sull’accensione della lampada e la colonna di gas ionizzata:
asportando una porzione di vanadato d’ittrio dall’ampolla e rimettendola sulla fiala si puo’ vedere contemporaneamente la scarica nella fiala e la reazione della sostanza fluorescente al crescere della potenza della radiazione ultravioletta.
l’elettrodo di accensione innesca la scarica sull’elettrodo principale (in basso)
dopo pochi istanti la ionizzazione del vapore di mercurio all’interno della fiala ha raggiunto il valore di soglia e si innesca la scarica principale. L’ampolla comincia ad illuminardi di rosa intenso.
Gli elettrodi principali sono diventati incandescenti e comincia l’evaporazione del mercurio metallo in goccioline all’interno della fiala, aumentando la pressione del vapore. Lìampolla diviene rosa-arancio intenso.
a sinistra, in blu, la scarica ultravioletta all’interno della fiala e, sulla sua destra, la sostanza fluorescente presente all’interno dell’ampolla emette radiazione luminosa nello spettro visibile con una colorazione rosa-arancio intensa.
la scarica diviene piu’ intensa e la luce emessa dalla lampada migra dal rosa-arancio al bianco. La lampada in questa fase “cresce” di intensita’ luminosa.
Dopo circa 5 minuti la lampada e’ completamente accesa e la colonna di ionizzazione e’ ben visibile.
La lampada e’ ormai accesa e la fiala e’ quasi impossibile distinguerla. L’ampolla emette una luce molto bianca e molto intensa.
Ecco la lampada ormai accesa da un po’ di tempo. L’alone rossastro attorno all’ampolla e’ soltanto un fenomeno ottico-cromatico della fotografia. Nella realta’ non c’è.
ciao - alvaro
Questo tipo di lampade solitamente si impiegano nell’illuminazione di grandi superfici sia aperte che coperte. Generalmente e nella grande maggioranza trovano applicazione nell’illuminazione stradale pubblica e nelle aree industriali. Prima della normativa riguardante il mercurio ed i suoi derivati erano usatissime anche nell’illuminazione di parchi e giardini pubblici dove ora vengono gradualmente soppiantate dalle piu’ moderne ed efficienti lampade a joduri metallici.
Tuttavia:
se l’attuale normativa le consideri un rifiuto speciale in quanto contenenti seppure in piccolissime quantita’ il mercurio (Hg) e ne sconsigli l’utilizzo per questo principale motivo;
se paragonate alle lampade ad joduri metallici hanno una resa inferiore ed un consumo superiore;
abbiano un’emissione praticamente su quasi tutto lo spettro;
a loro favore resta pur sempre il costo assai contenuto e la facilita’ di installazione in quanto non richiedono apparecchiature di supporto quali l’accenditore come nel caso delle lampade al sodio o allo xenon e, quindi, trovano ancora largo impiego anche se saranno destinate a scomparire e rimanere solo per la produzione di ultravioletti a forte intensita’ per uso industriale e medico (gli ultravioletti sono sterilizzanti).
Esse esistono in due versioni: ordinarie e miscelate. Le lampade ordinarie richiedono solo un reattore come il classico tubo fluorescente che siamo abituati a conoscere sia rettilineo che in forma circolare (erroneamente denominati tubi al neon), le miscelate invece non richiedono nulla: al posto del reattore esterno hanno un filamento uguale a quello di una normale lampadina ad incandescenza entrocontenuto nell’ampolla stessa che sostituisce il reattore, per cui si ha una doppia emissione di luce. Tali lampade (miscelate) possono tranquillamente essere usate el posto delle comuni lampadine ad incandescenza. Per le ordinarie, invece, e’ necessario inserire in serie tra loro e l’alimentazione un reattore.
Ma vediamo di capire qualcosa di piu’ su queste lampade che per anni ci sono state sempre sotto il naso (e che qualche volta hanno dato origine a polemiche). Chiunque sia il Costruttore, qualunque forma abbia esternamente l’ampolla della lampada, qualunque sia la potenza della lampada, all’interno sono costruite tutte allo stesso modo.
La lampada presa in esame e’ il modello HLF 125W PqJ4 prodotta dalla Leuci, con accensione tramite reattore.
Classica lampada a vapori di mercurio
Prima di “smontarla” (non e’ facile aprire una lampadina senza romperla, credetemi) parliamo un attimo di loro.
Comune alla ordinaria (con reattore) ed alla miscelata (senza reattore):
tempo di accensione circa 5 minuti per il raggiungimento della massima efficienza luminosa;
riaccensione dopo qualche minuto di raffreddamento (dipende dalla potenza della lampada);
lampada a reattore:
Efficienza luminosa: 30 - 60 lm/W
Temperatura colore: 2900 - 4200 K
Durata in ore : 10000
Lampada miscelata:
Efficienza luminosa: 11 – 25 lm/W
Temperatura colore: 3500 K
Durata ore : 3000 - 4000
La sorgente luminosa vera e propria di tali lampade e’ una fiala (tubo) di quarzo trasparente detto “tubo di scarica” contenente vapori di mercurio e goccioline di mercurio metallo: Inizialmente la scarica avviene tra l’elettrodo di innesco ed uno degli elettrodi principali. Cio’ permette di generare una ionizzazione primaria nel gas contenuto nella fiala. Raggiunto un certo valore (dopo pochi secondi) si innesca la scarica principale tra i due elettrodi principali.
Una volta innescata la scarica elettrica viene emessa la luce ad opera della colonna di gas ionizzata dalla scarica. Alcuni elettroni danno luogo alla “valanga” ed almeno un elettrone di ogni valanga a sua volta ne genera un’altra; gli elettroni eccitati quando ricadono al livello energetico inferiore danno luogo all’emissione di fotoni.
Cio’ produce due effetti: l’inizio dell’emmissione abbondante di luce e calore. Quest’ultimo permette l’evaporazione del mercurio metallo e lentamente la fiala si porta in pressione e temperatura. A questo punto l’emissione luminosa raggiunge la massima efficienza e cosi’ permane. Quando la lampada viene spenta e’ necessario che la temperatura della fiala (o tubo di scarica) ridiscenda sotto un determinato valore. Cio’ a sua volta determina un abbassamento della pressione interna alla fiala e parte del vapore si ricondensa in minute goccioline di Hg metallo. Mano a mano che la lampada “lavora” il quarzo della fiala si annerisce ed il vapore del mercurio si “consuma”. Cio’ e’ l’invecchiamento della lampada e, comprensibilmente, la sua efficienza diminuisce.
Tuttavia c’e’ da dire che la luce (azzurro-verde o azzurro-argentea) generata dalla fiala o tubo di scarica e’ prettamente nello spettro ultravioletto con una lunghezza d’onda di 2537 A. Tale lunghezza d’onda e’ scarsamente illuminante ma, per contro, e’ altamente nociva alla salute.
Per questo, tale tipo di lampada, sprovvista di convertitore di lunghezza d’onda viene impiegata come sterilizzatrice e produzione di ozono. Difatti l’azione degli ultravioletti, sotrattutto intensi, sull’ossigeno (O2) produce la sua trasformazione in ozono (O3).
Per poter essere impiegate efficacemente e con una certa sicurezza, l’ampolla esterna di tali lampade e’ ricoperta internamente da una particolare sostanza chimica fluorescente, di colore bianco: il vanadato di ittrio o alluminato di ittrio. Tale sostanza ha la caratteristica di emettere luminescenza nello spettro visibile quando stimolata da radiazione ultravioletta.
Proprio per la loro caratteristica di funzionare nello spettro ultravioletto ci furono delle feroci polemiche contro l’impiego di queste lampade, soprattutto nell’illuminazione pubblica. Tannt’è che la IAU (International Astronomical Union), ebbe a lamentarsi che “ … queste lampade dominano l'inquinamento luminoso nella regione blu dello spettro mentre nel rosso il loro contributo è generalmente piccolo e proprio per questo le lampade di questo tipo disturbano molto le osservazioni astronomiche e si deve operare ogni sforzo per limitarne il loro uso nel futuro …”
L'efficienza luminosa di una lampada fluorescente, che viene misurata in lumen/watt, è quattro o cinque volte superiore a quella di una lampada a incandescenza.
Parti costituenti la lampada
Dimensioni della lampada
Il gruppo di scarica
La fiala (tubo) in cui avviene la scarica nel gas
Schema di collegamento e funzionamento della lampada
A chiusura una serie di foto sull’accensione della lampada e la colonna di gas ionizzata:
asportando una porzione di vanadato d’ittrio dall’ampolla e rimettendola sulla fiala si puo’ vedere contemporaneamente la scarica nella fiala e la reazione della sostanza fluorescente al crescere della potenza della radiazione ultravioletta.
l’elettrodo di accensione innesca la scarica sull’elettrodo principale (in basso)
dopo pochi istanti la ionizzazione del vapore di mercurio all’interno della fiala ha raggiunto il valore di soglia e si innesca la scarica principale. L’ampolla comincia ad illuminardi di rosa intenso.
Gli elettrodi principali sono diventati incandescenti e comincia l’evaporazione del mercurio metallo in goccioline all’interno della fiala, aumentando la pressione del vapore. Lìampolla diviene rosa-arancio intenso.
a sinistra, in blu, la scarica ultravioletta all’interno della fiala e, sulla sua destra, la sostanza fluorescente presente all’interno dell’ampolla emette radiazione luminosa nello spettro visibile con una colorazione rosa-arancio intensa.
la scarica diviene piu’ intensa e la luce emessa dalla lampada migra dal rosa-arancio al bianco. La lampada in questa fase “cresce” di intensita’ luminosa.
Dopo circa 5 minuti la lampada e’ completamente accesa e la colonna di ionizzazione e’ ben visibile.
La lampada e’ ormai accesa e la fiala e’ quasi impossibile distinguerla. L’ampolla emette una luce molto bianca e molto intensa.
Ecco la lampada ormai accesa da un po’ di tempo. L’alone rossastro attorno all’ampolla e’ soltanto un fenomeno ottico-cromatico della fotografia. Nella realta’ non c’è.
ciao - alvaro