Lampade
fluorescenti e lampade del risparmio
In occasione del concorso Enel “Energia in gioco” siamo stati vincitori di ben 180 lampade del risparmio, distribuite ai ragazzi delle terze medie.
Nasce da questa occasione sia il desiderio di conoscere il loro funzionamento, che il loro effettivo risparmio rispetto a quelle tradizionali. Ecco quindi la realizzazione di questa unità didattica, breve, ma che ci permette sia di conoscere il funzionamento delle classiche lampade fluorescenti, sia di quelle compatte dette del risparmio per la diversa quantità di energia risparmiata a parità di luce emessa.
Conoscere come è fatta una lampada fluorescente
Sapere come funziona e come si collega.
Apprendere le differenze con una compatta
Calcolarne l’effettivo risparmio.
Lampade fluorescenti o lampade al neon. Polveri diverse luce diversa. Il compito dello starter e del reattore. Il circuito elettrico e relativi simboli. Le nuove lampade del risparmio. Il reattore elettronico. La nuova tecnologia del vetro. Come calcolarne l’effettivo risparmio.
Le lampade fluorescenti, vengono erroneamente chiamate “neon” dal nome del gas rosso, che è contenuto nei tubi delle insegne luminose decorative; questo però nulla ha a che vedere con le lampade comunemente utilizzate per l’illuminazione interna. Esse si dovrebbero definire più correttamente come “lampade a vapori di Mercurio a bassa pressione” contenti appunto il metallo liquido vaporizzato, per distinguerle da quelle dell’illuminazione stradale cittadina a vapori di Hg ad alta pressione dall’involucro in vetro ovoidale.
L’interno del cilindro di vetro è ricoperto di polveri fluorescenti (da cui il nome), per darci diverse tonalità di bianco: tungstato di magnesio azzurro chiaro, silicato di zinco e berilio giallo chiaro, silicato di zinco giallo verde, borato di cadmio rosa chiaro.
Nelle lampade a catodo preriscaldato (vengono chiamate anche così), gli elettrodi sono costituiti da un filamento di tungsteno avvolto a spirale sulla cui superficie sono depositate sostanze in grado di emettere facilmente gli elettroni (ossidi di bario e stronzio). Nella fase di accensione della lampada, gli elettrodi sono attraversati da una discreta quantità di corrente che ne permette il riscaldamento facilitando così l’innesco dell’arco elettrico su tutta la lampada. Per favorire la partenza dell’arco, si inserisce nel circuito un avviatore a scintilla in grado di attivare il riscaldamento degli elettrodi.
Tratto
da Newton del Febbraio 2007
Quando
l’interruttore si chiude, come si può notare dallo schema, tutta la tensione
viene ad esercitarsi appunto sullo starter; esso è costituito da un contatto
fisso ed uno bimetallico, leggermente staccati fra loro, il tutto in atmosfera
inerte (argon). Ne scaturisce una scintilla (bagliore) che riscalda la lamina,
la quale si piega fino a toccare l’altra. Così la piccola scarica cessa
provocando il raffreddamento, con la conseguente apertura dei contatti; la
sovratensione che si genera, favorisce l’innesco della scarica nel tubo,
altrimenti lo starter ripete la sequenza fino all’accensione.
Il reattore, inserito in serie alla lampada ha il compito di ridurre la tensione di scarica a funzionamento normale, così come una qualsiasi resistenza in serie.
Accendendo più volte le lampade della classe si notano appunto le diverse fasi di accensione qui descritte.
Questo tipo di lampade ha una elevata efficienza luminosa, lo spettro può essere simile a quello solare. Ha una durata che può arrivare alle 15.000 ore.
Lampade compatte
La tecnologia della realizzazione di piccoli tubi di vetro, nonché della loro particolare piegatura ad “U” e la capacità di realizzare fra loro dei piccoli “ponti” di conduzione, hanno permesso fin dagli primi anni ’90 di avere delle lampade del risparmio del tutto identiche a quelle fluorescenti come funzionamento, la cui esecuzione compatta, non evitava un certo peso essendo ancora presente sia il reattore che lo starter, seppure nascosti nello zoccolo di fondo.
L’elettronica è venuta in aiuto realizzando un regolatore-avviatore tutto allo stato solido, riducendo così sia i pesi che i volumi. Il vetro viene piegato più volte, anche tre o quattro, per ottenere a tutto sviluppo un tubo e un percorso più lungo, con una luminosità più elevata; esistono anche esecuzioni a spirale o a torciglione, ma la sostanza non cambia. L’apparecchiatura elettronica permette l’immediata accensione della lampada, la riduzione della tensione iniziale (per facilitare la scarica), la regolazione di questa fino a portarla a regime, in un minuto circa, dopo di che la lampada da la sua massima intensità luminosa. Nelle lampade a basso costo (cinesi) queste due operazioni vengono effettuate da uno stesso componente elettronico, mentre in quelle di marca, un componente lavora per la fase di avviamento e l’altro per la fase di regime. Il funzionamento di questi regolatori si basa sulla frequenza che viene portata intorno ai 35.000 Hz, evitando così il fastidioso sfarfallio tipico delle classiche fluorescenti a 50 Hz.
Tutte queste lampade hanno le stesse caratteristiche luminose di quelle fluorescenti, permettono un ulteriore risparmio sulla potenza dissipata dal reattore che qui è di tipo elettronico, sono però molto sensibili a frequenti accensioni; sono quindi consigliate in tutte quelle situazioni dove devono rimanere accese. Hanno una durata di funzionamento di 6000 ore.
Calcolo del risparmio
Una nostra lampada del risparmio ha un consumo effettivo di 17 w, una durata di funzionamento di 6000 ore costa circa 6 €.
Una lampada classica ad incandescenza per darci la stessa luminosità assorbe 85 w, ha una durata di 3000 ore circa, costa 1,5 €.
In 6000 ore di funzionamento consumeremo con la prima
E=
P*t= 17*6.000=102.000 wh=102 kwh
Pagheremo all’Enel, che ci chiede, 0,18 €/kwh; Spesa 102*0,18=18,36€
Spesa complessiva = 18,36+6 (lampada)= 24,36 €
Con quella ad incandescenza avremo bisogno di 2 lampade per ottenere 6.000 ore.
E=P*t=85*6000=510.000
wh= 510 kwh
Per l'Enel spenderemo 510*0,18=91,8 €
Spesa complessiva = 91,8+(1,5*2)= 94,8 €
Con le lampade del risparmio otterremo una spesa di circa un quarto, rispetto a quelle delle lampade ad incandescenza.
In laboratorio
Abbiamo collegato la lampada del risparmio al contatore elettronico, per verificare i parametri e calcolare quelli non citati nella targa e misurato il consumo energetico.
Le stesse operazioni sono state effettuate con la lampada ad incandescenza.
Come strumentazione abbiamo usato uno stabilizzatore/regolatore di tensione di tipo toroidale a controllo elettronico, il contatore digitale, un tester come voltmetro, uno come amperometro e le lampade.
Glossario
Fluorescente = che diventa luminescente quando sottoposto a emissioni luminose, ultravioletti, fasci elettronici
Starter = dispositivo elettromeccanico utilizzato per l’avviamento dei tubi fluorescenti
Bimetallico = lamina composta da due metalli diversi a diverso coefficiente di allungamento, tali da permetterne la piegatura da un lato quando riscaldata
Catodo = Elettrodo negativo dal quale le cariche elettriche proseguono attraverso il fluido per raggiungere l’elettrodo positivo (anodo)
Arco = scarica di corrente che si produce tra due elettrodi, quando sono soggetti ad una opportuna differenza di potenziale
Toroidale = solido che ha struttura ad anello o a ciambella.
Sant’Angelo in Vado 24.4.07
Giuseppe
Dini