Lampade ad alto pressione al ioduro metallico: Una guida completa
Una lampada ad alogenuro di metallo è un tipo di lampada ad alta intensità di scarica (HID) che produce luce attraverso un arco elettrico in una miscela gassosa di mercurio vaporizzato e alogenuri di metalli. Gli alogenuri di metalli sono composti di metalli con bromo o iodio. Le lampade ad alogenuro di metallo hanno un'efficacia luminosa elevata, una resa dei colori accurata e una lunga durata. Sono ampiamente utilizzate per scopi di illuminazione generale sia all'interno che all'esterno, come negozi, spazi industriali e pubblici, parcheggi, arene sportive, fabbriche, centri commerciali, nonché per l'illuminazione di sicurezza residenziale e i fari automobilistici.
Cos'è una lampada ad alogenuro di metallo?
Una lampada ad alogenuro di metallo è definita come una lampada elettrica che produce luce attraverso un arco elettrico in una miscela gassosa di mercurio vaporizzato e alogenuri di metalli. L'arco elettrico viene creato tra due elettrodi all'interno di un piccolo tubo di quarzo fuso o ceramico, il quale è racchiuso all'interno di una maggiore ampolla di vetro dotata di un rivestimento per filtrare la luce ultravioletta prodotta. Il tubo di arco opera a una pressione elevata di 4 a 20 atmosfere e a una temperatura di circa 1000 K.
Gli alogenuri di metalli utilizzati nella lampada sono solitamente ioduro di sodio, ioduro d'indio e ioduro di tallio. Questi composti migliorano l'efficienza e la resa dei colori della luce aggiungendo arancioni e rossi allo spettro dalla linea D del sodio e verdi allo spettro dalla linea del tallio mentre gli ioni metallici si ionizzano. Il composto di alogenuro di metallo più comune utilizzato è l'ioduro di sodio. Gli alogenuri di metalli aiutano anche a stabilizzare l'arco e ridurre il tremolio della luce.
Le lampade ad alogenuro di metallo hanno un'efficacia luminosa elevata di circa 75 a 100 lumen per watt, che è circa il doppio delle lampade a vapori di mercurio e 3 a 5 volte quella delle lampade incandescenti. Hanno inoltre un indice di resa cromatica (IRC) alto da 65 a 95, il che significa che possono riprodurre i colori in modo accurato. Le lampade ad alogenuro di metallo hanno una durata di 6.000 a 15.000 ore, a seconda del tipo e della potenza della lampada.
Chi ha inventato le lampade ad alogenuro di metallo?
Le lampade ad alogenuro di metallo furono inventate da Charles Proteus Steinmetz nel 1912, ma non furono disponibili commercialmente fino agli anni '60. Il Dr. Reiling della General Electric fu uno dei pionieri che sviluppò le lampade ad alogenuro di metallo nel 1960. Utilizzò l'ioduro di sodio come additivo metallico nella sua lampada. In seguito, altri ricercatori sperimentarono con diversi alogenuri di metalli, come l'ioduro d'indio, l'ioduro di tallio, l'ioduro di scandio e l'ioduro di disprosio.
Come funziona una lampada ad alogenuro di metallo?
Una lampada ad alogenuro di metallo funziona creando un arco elettrico tra due elettrodi all'interno di un tubo di arco che contiene una miscela gassosa di mercurio vaporizzato e alogenuri di metalli. Il tubo di arco è collegato a un ballast elettronico che regola la tensione e la corrente fornite alla lampada.
Quando la lampada viene accesa, inizialmente non viene prodotto alcun arco perché la pressione del gas e la temperatura all'interno del tubo di arco sono troppo basse. Per avviare la lampada, un elettrodo ausiliario o un elettrodo starter vicino a uno degli elettrodi principali crea una scarica iniziale tra di loro. Un interruttore bimetallo collega l'elettrodo starter all'elettrodo principale proprio al momento dell'avvio.
La scarica iniziale riscalda la miscela gassosa all'interno del tubo di arco e ionizza parte del gas argon e del vapore di mercurio. Ciò crea un arco a bassa intensità tra gli elettrodi principali che gradualmente aumenta in luminosità e temperatura man mano che vengono ionizzate ulteriori molecole di gas.
Man mano che la temperatura dell'arco aumenta, gli alogenuri di metalli vaporizzano e diffondono dal muro nell'arco. Poi si dissociano e producono atomi metallici liberi e iodio atomi. Gli atomi metallici producono la maggior parte dell'output luminoso emettendo radiazione visibile quando tornano al loro stato fondamentale dopo essere stati eccitati dall'arco elettrico.
Gli alogenuri di metalli diversi vaporizzano a diverse velocità a seconda della loro pressione di vapore e configurazione energetica. In generale, l'ioduro d'indio vaporizza per primo e forma una guaina blu intorno all'arco di mercurio. Poi l'ioduro di tallio vaporizza e forma una guaina gialla intorno alla guaina d'indio. Infine, l'ioduro di sodio vaporizza e aggiunge arancioni e rossi allo spettro.
La lampada raggiunge il suo output luminoso massimo dopo circa 5 minuti di riscaldamento. Durante questo periodo, la temperatura del colore e l'IRC della lampada cambiano man mano che vengono vaporizzati più alogenuri di metalli.
Quali sono i componenti di una lampada ad alogenuro di metallo?
Una lampada ad alogenuro di metallo è composta da diversi componenti che lavorano insieme per produrre luce. Questi componenti sono:
Ampolla di vetro: Questa è la busta esterna che racchiude il tubo di arco e lo protegge dall'aria e dall'umidità. Ha anche un rivestimento per filtrare la luce ultravioletta prodotta dall'arco.
Tubo di arco: È un piccolo tubo di quarzo fuso o ceramico che contiene gli elettrodi e la miscela gassosa di mercurio vaporizzato e alogenuri di metalli. Opera a una pressione e temperatura elevate.
Elettrodi: Sono due barre di tungsteno sigillate alle estremità opposte del tubo di arco. Creano un arco elettrico tra di loro quando scorre corrente.
Elettrodo starter: È un elettrodo ausiliario attaccato a uno degli elettrodi principali o a un gambo di vetro vicino a essi. Crea una scarica iniziale tra se stesso e un altro elettrodo per avviare la lampada. L'elettrodo starter ha una resistenza elevata per limitare la corrente all'inizio dell'arco.
Gambo di vetro: È un tubo di vetro che collega il tubo di arco alla base della lampada. Trattiene anche i fili di molibdeno che trasportano la corrente agli elettrodi.
Fili di molibdeno: Sono sottili fili metallici fusi nel tubo di arco e nel gambo di vetro. Sono non magnetici e hanno un punto di fusione elevato. Trasmettono la corrente agli elettrodi e sigillano il tubo di arco dall'aria e dall'umidità.
Base: È la parte della lampada che si connette al socket o al supporto della lampada. Può avere forme e dimensioni diverse a seconda del tipo e della potenza della lampada. Alcuni tipi di base comuni sono E26, E39, G12, G8.5, GX10, RX7s, e RX7s-24.
Miscela gassosa: È una combinazione di gas argon, vapore di mercurio e alogenuri di metalli che riempie il tubo di arco. Il gas argon aiuta ad avviare la lampada e a mantenere una tensione d'arco bassa. Il vapore di mercurio fornisce la maggior parte della radiazione ultravioletta che eccita gli atomi metallici. Gli alogenuri di metalli aggiungono radiazione visibile e migliorano la resa cromatica della luce.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi delle lampade ad alogenuro di metallo?
Le lampade ad alogenuro di metallo presentano molti vantaggi e svantaggi rispetto ad altri tipi di lampade. Alcuni di questi sono:
Vantaggi
Alta efficacia luminosa: Le lampade ad alogenuro di metallo possono produrre più luce per watt rispetto alle lampade a incandescenza e a molte lampade fluorescenti. Possono raggiungere fino a 100 lumen per watt per alcuni tipi di lampade.
Alto indice di resa cromatica: Le lampade ad alogenuro di metallo possono riprodurre i colori in modo accurato con un IRC da 65 a 95. Possono anche produrre
