Llum de vapor de sòdi a alta pressió: Definició, funcionament i aplicacions
Una llum de vapor de sòdi de alta pressió és un tipus de llum de descàrrega de gas que utilitza el sòdi en estat excitat per produir llum. És un dels tipus més eficients de fonts de llum i té una llarga durada. Es fa servir ampliament per a l'enllumenat industrial i zones d'exterior de seguretat, com ara aparcaments i carreteres.
Què és una llum de vapor de sòdi de alta pressió?
Una llum de vapor de sòdi de alta pressió es defineix com una llum que funciona a una pressió alta (superior a 1 atm) i temperatura (superior a 1000 °C) dins d'un tub arc translúcid fet de policristall de alumina (PCA). El tub arc conté una mescla de gas xèn, amalgama de sòdi-mercuri i electrodes als dos extrems. El tub arc està enclos en una ampolla de vidre exterior resistent al calor que està buida o omplerta amb gas inerte.
La llum funciona aplicant un impuls de voltagi alt d'un ballast i un iniciador als electrodes, que ionitzen el gas xèn i creen un arc inicial. L'arc escalfa el tub arc i vaporitza el mercuri i el sòdi. El vapor de mercuri emet una llum blava-blanca, mentre que el vapor de sòdi emet una llum groga. La combinació d'aquests dos espectres resulta en una llum d'or blanc amb una temperatura de color d'uns 2000 K i un índex de reproducció cromàtica d'uns 25.
La llum de vapor de sòdi de alta pressió té diverses avantatges sobre altres tipus de llums, com ara:
Alta eficiència luminosa: Pot produir fins a 150 lumens per watt, que és el doble que les llums de vapor de mercuri i cinc vegades més que les llums incandescentes.
Llarga durada: Pot durar fins a 24.000 hores, que és quatre vegades més llarga que les llums de vapor de mercuri i 24 vegades més llarga que les llums incandescentes.
Baixa manutenció: No requereix reemplaçament o neteja freqüents, el que reduïx els costos de treball i eliminació.
Alta fiabilitat: Pots resistir flutuacions de voltagi, vibracions i temperatures extremes, el que la fa adequada per a entorns durs.
No obstant això, la llum de vapor de sòdi de alta pressió també té alguns inconvenients, com ara:
Pobre reproducció de colors: Té un baix índex de reproducció cromàtica, el que significa que distorsiona els colors dels objectes que il·lumina. Això la fa inadequada per a aplicacions on la precisió del color és important, com ara botigues de detall o museus.
Desllestament: Produceix una llum brillant i intensa que pot causar desconfort o prejudici a la visió dels conductors o peatons. Això es pot reduir utilitzant proteccions o dispositius difusors adequats.
Cicle: Pot experimentar cicles o parpellejos quan arriba al final de la seva vida o quan opera a baixes temperatures. Això es pot prevenir utilitzant un ballast o aïllament tèrmic adequat.
Diagrames de la llum de vapor de sòdi de alta pressió
El següent diagrama mostra els components principals d'una llum de vapor de sòdi de alta pressió:
Ampolla de vidre exterior: Protegeix el tub arc de danys físics i choques tèrmics. També filtra la radiació ultraviolada nociva del tub arc.
Tub arc: Està fet de policristall de alumina (PCA), que és resistente a la corrosió pel vapor de sòdi. Conté els electrodes, gas xèn i amalgama de sòdi-mercuri.
Electrodes: Estan fets de fil de tungstè amb un revestiment emissiu. Estan connectats al ballast i a l'iniciador a través de caps metàl·lics.
Gas xèn: S'utilitza com a gas d'arrancada perquè té un baix potencial d'ionització. També contribueix a la sortida de llum emetent llum blava.
Amalgama de sòdi-mercuri: S'utilitza com a principal font de llum perquè emet llum groga amb alta eficiència luminosa. S'emmagatzema en un reservori darrere un dels electrodes.
Ballast: És un dispositiu elèctric que regula la corrent i la tensió a la llum. També proporciona l'impuls de voltagi alt per iniciar la llum.
Iniciador: És un dispositiu electrònic que genera l'impuls de voltagi alt per iniciar la llum superposant-lo a la tensió d'alimentació.
Aplicacions de la llum de vapor de sòdi de alta pressió
La llum de vapor de sòdi de alta pressió es fa servir principalment per a aplicacions on es requereixen brillantor alta, llarga durada i baixa manutenció, com ara:
Enllumenat viari: Les llums de vapor de sòdi de alta pressió es fan servir àmpliament per a enllumenar carrers públics, autopistes, ponts, túnels i altres zones exteriors. Proporcionen brillantor alta, llarga durada i baixa manutenció. També tenen un factor de desllestament baix i una gran estabilitat de color amb el temps. No obstant això, tenen una pobra reproducció de colors i una baixa acuidat visual, que poden afectar la seguretat i el confort dels conductors i peatons.
Enllumenat industrial: Les llums de vapor de sòdi de alta pressió també es fan servir per a enllumenar diverses aplicacions industrials, com ara magatzems, fàbriques, tallers, mines, centrals elèctriques i estadius. Proporcionen alta eficiència luminosa, alta fiabilitat i alta resistència a entorns durs. També tenen una alta manteniment de lumen i un baix rati de depreciació. No obstant això, tenen una pobra reproducció de colors i un temps de calenta llarg, que poden afectar la productivitat i la qualitat del treball.
Enllumenat hortícola: Les llums de vapor de sòdi de alta pressió també es fan servir per a enllumenar plantes interiors i grangers. Proporcionen alta radiació fotosintèticament activa (PAR), que estimula el creixement i la floració de les plantes. També tenen una llarga durada i un baix consum d'energia. No obstant això, tenen una alta emissió de calor i una baixa qualitat espectral, que poden afectar la salut i la diversitat de les plantes.
Enllumenat publicitari: Les llums de vapor de sòdi de alta pressió també es fan servir per a enllumenar cartells, senyals, monuments i altres exposicions exteriors. Proporcionen brillantor alta, llarga durada i baixa manutenció. També tenen un rati de contrast alt i una alta visibilitat de nit. No obstant això, tenen una pobra reproducció de colors i una baixa temperatura de color, que poden afectar l'atractivitat i la llegibilitat de les exposicions.
Comparació de la llum de vapor de sòdi de alta pressió amb la llum de vapor de sòdi de baixa pressió
Una llum de vapor de sòdi de baixa pressió és un altre tipus de llum de descàrrega de gas que utilitza el sòdi en estat excitat per produir llum. Funciona a baixa pressió (inferior a 0,1 atm) i temperatura (inferior a 300 °C) dins d'un tub arc de vidre que conté vapor de sòdi i gas neon. El tub arc està enclos en una ampolla de vidre exterior que està omplerta amb gas inerte o buida.
La llum funciona aplicant una tensió als electrodes als dos extrems del tub arc, que ionitzen el gas neon i creen un arc inicial. L'arc escalfa el tub arc i vaporitza el sòdi. El vapor de sòdi emet una llum monocròmatica groga amb una longitud d'ona de 589 nm.
La llum de vapor de sòdi de baixa pressió té alguns avantatges sobre la llum de vapor de sòdi de alta pressió, com ara:
Més alta eficiència luminosa: Pot produir fins a 200 lumens per watt, que és uns 30% més que la llum de vapor de sòdi de alta pressió.
Més llarga durada: Pot durar fins a 30.000 hores, que és uns 25% més que la llum de vapor de sòdi de alta pressió.
Menor cost: Té un menor cost inicial i un menor cost operatiu que la llum de vapor de sòdi de alta pressió.
No obstant això, la llum de vapor de sòdi de baixa pressió també té alguns inconvenients comparada amb la llum de vapor de sòdi de alta pressió, com ara:
Pobra reproducció de colors: Té un índex de reproducció cromàtica molt baix d'uns 0, el que significa que distorsiona completament els colors dels objectes que il·lumina.
Baixa temperatura de color: Té una temperatura de color molt baixa d'uns 1700 K, el que significa que produeix una llum molt càlida i fosca.
Més gran: Té una mida i pes més grans que la llum de vapor de sòdi de alta pressió.
Cicle: Pot experimentar cicles o parpellejos quan arriba al final de la seva vida o quan opera a baixes temperatures.
Impactes ambientals i de salut de la llum de vapor de sòdi de alta pressió
La llum de vapor de sòdi de alta pressió té alguns impactes ambientals i de salut que cal considerar abans d'utilitzar-la.
Contaminació per mercuri: La llum de vapor de sòdi de alta pressió conté mercuri com un dels seus components. El mercuri és un metall tòxic que pot causar problemes de salut serios si es menja o s'inhala. El mercuri també pot filtrar-se de llums trencades o eliminades al sòl o a les fonts d'aigua, on pot acumular-se en la cadena alimentària i afectar la fauna i la població humana. Per tant, el maneig i el reciclatge adequats de les llums que contenen mercuri són essencials per prevenir la contaminació per mercuri.
Contaminació lumínica: La llum de vapor de sòdi de alta pressió produeix una llum brillant i intensa que pot causar contaminació lumínica en zones urbanes. La contaminació lumínica és l'ús excessiu o inapropiat de llum artificial que pot interferir amb els cicles naturals de llum i foscor. La contaminació lumínica pot tenir efectes negatius en l'astronomia, l'ecologia, la salut humana, el consum d'energia i l'estètica.
Radiació ultraviolada: La llum de vapor de sòdi de alta pressió emet una petita quantitat de radiació ultraviolada (UV) del tub arc. La radiació UV pot causar daños a la pell, irritació ocular i supressió del sistema immunitari en humans i animals. La radiació UV també pot degradar alguns materials, com ara plàstics i teixits. Per tant, és necessari un escudament o filtratge adequat de la radiació UV per protegir la salut i la seguretat dels usuaris i de l'ambient.
Interferència electromagnètica: La llum de vapor de sòdi de alta pressió genera interferència electromagnètica (EMI) del ballast i de l
