Generalidades sobre Lâmpadas, Luminárias e Reator

03 maio Generalidades sobre Lâmpadas, Luminárias e Reator

Lâmpadas

Na iluminação de áreas comuns existe normalmente um elevado potencial de economia de eletricidade. Embora este item não seja o mais representativo no consumo total do país, seria importante de um programa para estimular as prefeituras ( atuais responsáveis pela iluminação pública ) a adotarem procedimentos que resultem em menor consumo de energia. Existe uma ampla gama de pontos que se pode atuar para se reduzirem as despesas nessa área de lâmpada e reator:

• O conhecimento dos produtos mais eficientes disponíveis no mercado, tais como lâmpadas, acionamentos e reatores;
• O uso racional da iluminação existente;
• O uso de técnicas adequadas para a aplicação mais eficiente desses componentes;
• Métodos de gerenciamento mais eficazes da iluminação.

Para atender às necessidades de iluminação existe uma relação correta entre a quantidade e a qualidade de luz necessárias, a fonte de luz utilizada, a tarefa visual a ser executada, a produtividade exigida e as condições de segurança . Muitas vezes os projetistas adotam sistemas de sua destinação específica. Quando isso ocorre, a iluminação não está sendo utilizada eficientemente. Torna-se, então, necessário analisar as áreas para determinar a quantidade e o tipo de iluminação mais adequados a cada um desses locais, conforme será visto a seguir.

 

Tipos de lâmpadas disponíveis

O mercado de iluminação apresenta ampla gama de fonte de luz, com características elétricas e luminosas superiores às das tradicionais incandescentes, o que permite escolher a mais eficiente para uma certa aplicação.

Para a maioria das aplicações , as lâmpadas mais usadas podem ser divididas em: incandescentes, fluorescentes, luz mista, a vapor de mercúrio, a vapor de sódio e a vapor metálico. Não serão abordados aqui outros tipos de lâmpadas para aplicações mais específicas

Existe também uma nova tecnologia de lâmpadas de vapor de enxofre, que será abordada adiante.

Embora o custo seja inferior, as lâmpadas incandescentes, ao contrário das a vapor de sódio, são as menos eficientes para converter energia elétrica em luz. As outras fontes apresentam eficiência situadas entre os extremos definidos por esses dois tipos de lâmpadas.

Uma das características que devem influenciar na escolha da lâmpada é a chamada eficiência luminosa, ou seja, a capacidade de uma fonte de luz em converter energia elétrica em luminosidade. Normalmente, essa eficiência é expressa em lumens por watt. Quanto maior for essa relação, mais eficiente será a lâmpada.

Rendimento luminoso médio das fontes de luz em Lm/W:

• Incandescente 17
• Halógena 22
• Luz mista 28
• Vapor de mercúrio 58
• Fluorescente 68
• Vapor metálico 85
• Sódio a alta pressão 130
• Sódio a baixa pressão 183

Lâmpadas Incandescestes: embora sejam as mais utilizadas em aplicações internas, apresentam baixa eficiência luminosa e vida útil curta, ao longo da qual o fluxo luminoso diminui consideravelmente. O uso desse tipo de lâmpada deve ser evitado em nível industrial e público, com exceção de aplicações para as quais seja recomendado por motivos técnicos.

Lâmpadas fluorescentes: apresentam maior eficiência e maior expectativa de vida do que as incandescentes. Essas lâmpadas exigem reator para seu funcionamento, que deve ser de boa qualidade e de alta eficiência, pois contribui para a obtenção de fluxo luminoso e vida útil compatíveis com seus valores nominais de fabricação. Recentemente foram laçadas as lâmpadas fluorescentes economizadoras de energia, com potência ligeiramente inferior à das convencionais e que utilizam os mesmos reatores existentes. Outro tipo que está sendo introduzido é a lâmpada fluorescente compacta, de potência reduzida, destinada, principalmente, à substituição de lâmpadas incandescentes.

Equivalência entre lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas:

5W = igual a = 25W 7W = igual a = 40W 9W = igual a = 60W 13W = igual a = 75W[

Lâmpadas de luz mista: Na escala de eficiência luminosa, as lâmpadas luminosa, as lâmpadas de luz mista estão um degrau acima das lâmpadas incandescentes, apresentando, além disso, vida útil mais longa. Não necessitam de reator, o que diminui seu custo de instalação. No entanto, devido a sua baixa eficiência energética, seu custo operacional é elevado quando comparado com as fluorescentes, com as a vapor de mercúrio ou com outras lâmpadas de descarga. Por isso seu uso público é quase inexistente, mesmo com a redução do custo por não necessitar de um reator.

Lâmpadas a vapor de mercúrio: características como a vida mais longa e maior eficiência em relação às lâmpadas incandescentes e de luz mista fizeram com que as lâmpadas a vapor de mercúrio se tornassem uma boa opção para iluminação interna e externa. A resposta visual às cores é satisfatória, porém inferior à das lâmpadas incandescentes e fluorescentes. Necessitam, também, de um reator para sua operação. As potências disponíveis vão desde 50W a 400W.

Lâmpadas a vapor metálico: também chamadas de “multivapor”, são similares em construção às lâmpadas a vapor de mercúrio. A diferença reside no fato de que esse tipo de lâmpada contém uma série de aditivos metálicos, além do mercúrio, que melhoram significativamente suas características de reprodução de cores e eficiência luminosa, chegando a ser 1,5 a 2 vezes superior às lâmpadas a vapor a mercúrio. Disponíveis em potências que vão desde 400W até 3500W, são utilizadas principalmente na iluminação de estádios, áreas esportivas, fachadas e locais onde exista necessidades de ótima reprodução de cores, como nas indústrias têxteis e de tintas, necessitam de reator.

Lâmpadas a vapor de sódio : a eficiência luminosa das lâmpadas a vapor de sódio é uma das mais elevadas, atingindo até 140 Lm/W nas unidades de maior potência. Outro fator importante é que o fluxo luminoso emitido permanente praticamente constante durante toda sua vida. A vida média atinge 12.000 horas nas unidades de pequena potência, podendo alcançar 24.000 horas nas de maior potência. Para seu funcionamento, é necessário o uso de um reator adequado e um ignitor de partida. São também fabricadas nas potências de 215W e 360W que funcionam diretamente com o reator das a vapor de mercúrio e possuem ignitor interno à própria lâmpada. Essas unidades se destinam à substituição direta da lâmpadas a vapor de mercúrio de 250W e 400W, respectivamente. Nesse caso, a eficiência e a vida média são inferiores à das unidades convencionais.

 

Lâmpada fluorescente

Após a introdução da lâmpada incandescente de filamento espiralado (1913) e duplamente espiralado (1933) em grande número de tipos e finalidades, porém todas do princípio térmico, se iniciaram as pesquisas para encontrar soluções mais eficientes para produzir luz. Os primeiros resultados foram obtidos com a lâmpadas de mercúrio de alta pressão (aprox. 1933).

A lâmpada fluorescente é de anos posteriores e especialmente no período após 1945. Seu desenvolvimento continua até agora com novas técnicas e materiais. A lâmpada é universal, com aplicações quase limitadas no ramo de iluminação industrial, Comercial, Pública e hoje em dia também para uso residencial.

Um fator importante é a disponibilidade de uma larga gama de cores de luz, aumentando a sua versatilidade na aplicação.

Funcionamento

A lâmpada fluorescente é uma lâmpada de descarga de mercúrio de baixa pressão. Os elétrons e os átomos de mercúrio colidem provocando o deslocamento de um elétron no átomo para uma órbita de maior nível de energia, pela absorção da energia cinética do elétron. É uma situação instável e o elétron volta na sua órbita original, liberando radiação ultravioleta, especialmente do comprimento de onda de 254 nm.

Construção: Uma lâmpada fluorescente é composta de:

• Tubo Linear, Circular, em forma de W e UM
• Camada de pó fluorescente
• Eletrodos (filamento)
• Anel em volta do filamento
• Vapor de mercúrio
• Gás inerte (argônio)
• Bases

Tubos: Existem 5 diâmetros 16mm, 26mm, 32mm, 38mm, 54mm.

O diâmetro é determinado pela corrente da descarga e a carga radiante da camada fluorescente. Existe uma tendência de padronizar 26mm.

O comprimento do tubo é determinado pelo fluxo luminoso a ser produzido e pela tensão da descarga (tensão da lâmpada), além do módulo das construções.

Camada Fluorescente

As características luminosas da lâmpadas fluorescentes são em grande parte determinadas pelo pó usado.

A temperatura de cor, o índice de reprodução de cor (Ra) e a eficácia luminosa em grande parte dependem do tipo de pó usado. A radiação ultravioleta é transformada em radiação de comprimento de onda do espectro visível, por meio do pó fluorescente na superfície interna do bulbo. A figura da lâmpada mostra esquematicamente esse processo.

Um grande número de pós são disponíveis, que pela mistura adequada produzem luz de praticamente qualquer temperatura de cor e reprodução de cor. Os pós disponíveis obrem praticamente o espectro visível por completo.

Alguns pós importantes Pico do comprimento de onda (nm)

• Aluminato de Estrôncio 304
• Disilicato de Bário 350
• Silicato de Estrôncio/Bário Magnésio 365
• Tetraborato de Estrôncio 368
• Tungstato de Cálcio 410
• Pyrofosfato de Estrôncio 418
• Aluminato de Bário Magnésio 447
• Halofosfato de Cálcio 474
• Aluminato de Estrôncio 488
• Halofosfato de Estrôncio 490
• Silicato de Zinco 525
• Óxido de Yttrio 610
• Borato de Yttrio Vanadato 615
• Pentaluminato de Lithio 743
• Magnésio Fluorgermanato 655

´

Este pó deverá ser de absoluta pureza, e adicionado com outra composição, o “ativador”: Esse ativador determina em grande parte as características luminosas da lâmpada.

Alguns ativadores são:

• Cério
• Chumbo
• Europeo
• Estanho
• Magnésio
• Ferro

A eficiência da lâmpada também depende da espessura da camada de pó e o tamanho das partículas individuais.

A máxima eficiência da conversão de radiação ultravioleta em luz visível deverá ser obtida e a camada tão fina quanto possível, para evitar transparência para a radiação ultravioleta. A espessura média de três camadas de cristais é um aceitável compromisso. Alguns pós fluorescentes mostram uma faixa de emissão sobre o espectro inteiro e produzem luz branca.

Quando uma excelente reprodução de cor e desejada, usa-se uma combinação de pós de diversas cores. Como exemplo : as lâmpadas Philips da série 80 usam uma mistura de pós com faixas de emissão muito estreitas em azul, verde e vermelha, com Óxido de Ytrio ativado modificando a proporção dos três pós, cada “ponto de cor” no triângulo de cores da C.I.E., situado entre os pontos de cor das composições individuais poderá ser obtido.

Com uma distribuição uniforme das três faixas de emissão uma boa reprodução de cor é obtida em combinação com uma eficácia luminosa elevada. Os pós porém são comparativamente caros, e para usar o mínimo possível se usa uma fina camada de halofosfato, antes da aplicação dos pós de faixa estreita. A camada de holofosfato produz somente 10% da radiação visível. A pressão do mercúrio é determinada pela temperatura do ponto mais frio na parede do tubo. Com um aumento da temperatura evapora mercúrio resultando numa pressão maior. Uma diminuição de temperatura resulta numa pressão do vapor de mercúrio menor.

Em ambos os casos se manifesta uma diminuição da radiação. Maior pressão significa mais átomos de mercúrio em forma de vapor e absorção de energia radiante. Menor pressão significa menor número de átomos disponível e portanto menor radiação.

A temperatura adequada é 40o C no tubo da lampada e 25o C de temperatura ambiente. Com 45o C de temperatura do ambiente as perdas são de 20%. Desnecessário para argumentar a importância desse fator.

Características de desempenho Distribuição de energia.
Dois terços da potência são convertidos em calor.
Aproximadamente 30% da potência é emitida em forma de radiação visível e aproximadamente 0,5% em forma de radiação UV de comprimento de onda longa. O resto é “perdido” em forma de calor.

 

Lâmpada fluorescente compacta

Compacta e econômica

As lâmpadas fluorescente compactas possuem a mesma tecnologia das lâmpadas fluorescente tubulares, porém ocupam menos espaço devido ao seu tamanho reduzido.

Elas emitem luz pela passagem da corrente elétrica através de um gás. Esta descarga emite quase que totalmente radiação ultravioleta (invisível ao olho humano) que, por sua vez, será convertida em luz pelo pó fluorescente que reveste a superfície interna do bulbo. É da composição deste pó fluorescente que resultam as mais diferentes alternativas de cor de luz adequadas a cada tipo de aplicação.

Apresentam as seguintes vantagens, quando comparadas às incandescentes comuns:

• Consumo de energia 80% menor, resultando daí uma drástica redução na conta de luz;
• Durabilidade até 15 vezes maior, implicando uma enorme redução nos custos de manutenção e reposição de lâmpadas;
• Design moderno e compacto;
• Aquecem menos o ambiente, representando uma forte redução na carga térmica das grandes instalações, proporcionando conforto e sobrecarregando menos os sistemas de ar condicionado;
• Excelente reprodução de cores, com índice de 85%, o que garante seu uso em locais onde a fidelidade e a valorização dos espaços e produtos é fundamental;
• Tonalidade de cor adequada para cada ambiente, obtida graças à tecnologia do pó trifósforo, com opções de:
• – 2700K, com aparência de cor semelhante às incandescentes e, portanto, indicada para ambientes onde se deseja atmosfera aconchegante e tranqüila, como residências, hotéis, restaurantes refinados etc.
• – 4000K, com aparência de cor mais branca, indicada para ambientes ativos onde se pretende estimular a produtividade ou o consumo, como em restaurantes do tipo “fast food”, lojas, shopping centers, escritórios, clubes, academias de ginástica, escolas, hospitais etc.

 

Lâmpada Multivapor Metálico

As já tradicionais lâmpadas multivapores metálicos agregaram à família, desde o início dos anos 80, versões baixa potência, utilizadas para iluminação geral e dirigida, em áreas internas e externas. Na Europa e EUA, milhões dessas lâmpadas já foram vendidas. No Brasil, chegaram timidamente há aproximadamente 3 anos, na esteira da abertura do mercado interno a produtos estrangeiros. Nossas pesquisas demonstram que os quatro grandes fabricantes de lâmpadas instalados no Brasil incluíram esse tipo de lâmpada em suas linhas de produtos muito recentemente, iniciando-se pela Osram em 1990, havendo atualmente a tendência de importações regulares dos modelos fabricados na Europa e EUA.

Vamos analisar as características dessas lâmpadas e compara-las com outras fontes de luz.

Economia

Atualmente as palavras de ordem das concessionárias são “racionalizar” e “economizar” energia. A vida útil e o elevado rendimento luminoso das lâmpadas multivapores , muito superiores aos das lâmpadas incandescentes, por exemplo, proporcionam redução do consumo de energia elétrica, atingindo índices muito elevados quando seu potencial é bem explorado.

Com a vida útil até 10 vezes maior que outras fontes, as lâmpadas multivapores metálicos, reduzem o custo ao longo do tempo, diminuindo as substituições. Reprodução/temperatura de cor As lâmpadas multivapores atingem índices de reprodução de cores entre 80-90, numa escala de 0 a 100, desempenho classificado como muito bom pelos padrões estabelecidos.

A temperatura de cor (K) dessas lâmpadas situa-se entre 3000 e 4300k, equivalentes à cor branca morna e neutra. Essas características indicam o uso das lâmpadas multivapores metálicos em museus, vitrines, monumentos e outros locais onde a reprodução de cores seja fundamental.

Equipamento auxiliares

Por serem extremamente sensíveis, essas lâmpadas exigem reatores e ignitores específicos. Os fabricantes já desenvolveram esses equipamentos, além de trabalhar em conjunto com fabricantes de luminárias no desenvolvimento de produtos especialmente projetados para esse tipo de lâmpadas, atendendo critérios como qualidade, design e segurança.

Recomendações

A lâmpada emite radiação ultravioleta e por isso a luminária deve ser fechada com um vidrodifusor que bloqueia tal radiação.

No Brasil, lojas de departamentos e shoppings são os principais usuários dessas lâmpadas. A expansão em seu uso nesses tempos de “racionalização\economia” e exig6encia de luz de qualidade, ainda é muito tímida. No entanto, suas características, a possibilidade de importação e o trabalho de marketing desenvolvido por fabricantes e revendedores, que têm feito esforços para tornar esse produto conhecido no mercado, são fatores que indicam melhor aproveitamento de seu potencial. A dinâmica do mercado e a evolução de outras fontes de luz influenciarão esse processo, determinando sua consolidação ou a superação dessa fonte de luz como alternativa.

Distribuição

Devido às especificidade dessas lâmpadas, o mais indicado é procurar diretamente os fabricantes ou revendedores especializados.

 

Lâmpada de mercúrio

Introduzida em larga escala na época de 1930, e desde então um grande número de tipos e melhoramentos foram introduzidos. As características técnicas nos anos de 1930 tornaram a lampada uma proposição viável.

• A introdução de eletrodos de tungstênio com pasta emissiva.
• A possibilidade de fazer passagem selada de metal em vidro duro e quartzo.

 

A introdução de um gás inerte.

O conhecimento da voltagem de ionização necessária para gases diferentes e mistura de gases.

O conhecimento da dosagem correta de mercúrio para uma descarga estável. No fim da época de 1930 foi introduzida a lampada de luz mista, substituindo o reator por um filamento de tungstênio colocado no bulbo externo e em séries com o bulbo de descarga com uma aparência de cor e reprodução de cor melhor.

No período de 1965 foi introduzida a lampada de vapor metálico, com mistura de halides, com uma eficácia maior e melhor reprodução de cor. O desenvolvimento de novos tipos continua até agora, para todos os grupos de lâmpadas (lâmpadas halogêneos, fluorescentes, mercúrio halide, sódio de baixa e alta pressão).

Para obter uma visão completa de todos os tipos e necessário consultar os catálogos dos fabricantes. As lâmpadas de mercúrio são disponíveis na faixa de 50 até 2.000 Watts.

Além de um reator não existe necessidade de dispositivos de controle especiais.

A ignição geralmente obtida por um eletrodo auxiliar montado ao lado de um eletrodo principal, porém ligado ao outro eletrodo por meio de um resistor. Na ligação se manifesta uma luminescência entre o eletrodo principal e auxiliar provocando a formação de uma quantidade de íons e elétrons, suficientes para iniciar a descarga. A luminescência é limitada pelo resistor. Após a ignição a corrente flui entre os eletrodos principais.

O bulbo externo normalmente contem um gás inerte (sob pressão atmosférica, quando a lampada está em operação) que estabiliza a lampada, mantendo uma temperatura praticamente constante sobre a faixa normal das condições ambientais.

A lampada de mercúrio de alta pressão tem aparência branca-azulada, não obstante o arco produza de fato um espectro de linha com uma emissão na região visível nos comprimentos de onda de amarelo, verde, azul, faltando, porém, a radiação vermelha. O arco de mercúrio puro tem uma aparência e reprodução de cor pobre, porém, emite uma quantidade significante de sua energia na região ultravioleta do espectro. Usando-se uma camada de fósforo fluorescente na parede interna do bulbo, esta energia ultravioleta poderá introduzir um componente vermelho melhorando a reprodução de cor e a cor aparente.

As lâmpadas de mercúrio de alta pressão, usadas para aplicação de iluminação de grandes áreas e fachadas, tem um bulbo tubular de vidro claro – tipos HP e HP/T. As lâmpadas com fósforo, para melhorar a reprodução de cor, São denominadas HPL-N. Uma versão com espelho, tipo HPLR-N, há também em disponibilidade. Estas lampada HPL são usadas para iluminação externa e industrial.

 

Lâmpada de luz mista (ML)

A lâmpada de luz mista consiste de um bulbo enchido com gás, revestido na parede interna com um fósforo, contendo um tubo de descarga ligado em série com um filamento de tungstênio. Na lâmpada de luz mista (série MLL-N), como na lâmpada de mercúrio HPL-N, da qual é derivada a radiação ultravioleta da descarga de mercúrio é convertido em radiação visível pela camada de fósforo. Somada a esta radiação visível, está a radiação visível do próprio tubo de descarga, bem como a luz de cor quente do filamento incandescente. A radiação das duas fontes mistura-se harmoniosamente, passando através da camada de fósforo para dar uma luz branca difusa com uma aparência de cor agradável.

O filamento age como um reator para descarga, estabilizando assim a corrente da lampada.

Não é necessário o uso de um reator.

 

Lâmpada de enxofre

Em 1990, a empresa norte-americana Fusion Lighting, fabricante de lâmpadas de ultravioleta (UV) para uso industrial, descobriu que substituindo-se o mercúrio de uma lâmpada UV por enxofre, o resultado é uma radiação luminosa similar à luz natural e de elevada eficiência. Estava estabelecido o princípio da lampada de enxofre. Mais exatamente, esse princípio baseia-se na excitação do enxofre contido em um bulbo de vidro por microondas, da mesma forma que um forno de microondas doméstico. O enxofre é ionizado e levado ao estado de plasma pela energia das microondas, a 2,45 GHz (a mesma freqüência do forno doméstico).

Graças as prioridades físicas dos átomos de enxofre excitados, a porção de energia das microondas transformada em luz é muito grande, enquanto a porção emitida como radiação ultravioleta ou infravermelho é pequena.

Destaque-se que o bulbo não inclui qualquer eletrodo – que é, aliás, um dos pontos determinantes na vida das lâmpadas em geral. Para conservar o plasma estável, o bulbo é mantido permanentemente em rotação.

Na prática, portanto, uma lâmpada de plasma envolve três ingredientes básicos: 1) uma fonte de alimentação; 2) o magnetron para gerar as microondas; e 30 o bulbo de quartzo transparente contendo enxofre e gás inerte (argônio). As microondas convertem o enxofre em plasma e a intensa luz gerada é então difundida, o que hoje tem sido feito, essencialmente, de duas formas: 1) através de longos tubos de luz (guias de luz), construídos com material plástico especial, ou 2) por meio de refletores secundários. Como a lâmpada, propriamente dita, é de dimensões reduzidas e como não há arco (consequentemente, não há também a movimentação ou deslocamentos que caracterizam o arco), ela apresenta características ópticas muito boas. Além disso, como mencionado, a energia luminosa por ela emitida tem um espectro contínuo muito próximo do ideal, pois é similar ao da luz solar, na região visível, mas em matéria de ultravioleta e infravermelho e conteúdo emitido pela lâmpada é muito menor.

O primeiro protótipo da lâmpada de enxofre foi lançado pela Fusion Lighting em 1994. Com 3,4KW de potência, a lampada foi utilizada em algumas instalações nos EUA (com tubos de luz) e na Suécia (com um sistema de distribuição baseado em refletores). A potência total, incluindo fonte de alimentação e magnetron, chegava a 5,4KW. Com um fluxo de cerca de 450.000 Lumens, a eficiência global do sistema, portanto, beirava os 85 lm/W. A potência extremamente alta da lâmpada exigia seu resfriamento com ar comprimido, aumentando o nível de ruído.

A Fusion continuou investindo no desenvolvimento das lâmpadas de enxofre e, em 1995, chegou a uma versão com potência menor, de 1 kW . O consumo total do sistema é de 1425 W, com a vantagem de que a lâmpada não precisa mais de resfriamento. O fluxo luminoso é de 135.000 lm. A eficiência do sistema atinge, assim, 95 lm/W.

A duração prevista do bulbo é de pelo menos 45 000 h. Isso significa que, em matéria de vida útil, o gargalo do novo sistema de iluminação reside na fonte do e no magnetron, cuja expectativa de vida vai de 10 000 a 20 000 h. E, em que pese a longa duração, a lâmpada apresenta uma depreciação luminosa que chega, no máximo, a 5%, além de manter integralmente suas características espectrais.

A nova lâmpada se destaca ainda em outros aspectos: ela é absolutamente isenta de mercúrio ou qualquer outro metal pesado; e sua luz é quase que totalmente livre de cintilação (flicker). A lâmpada de enxofre na Fusion compreende duas caixas: uma delas aloja a fonte de alimentação e pesa cerca de 22 Kg; na outra, que abriga o compreende duas caixas: uma delas aloja a fonte de alimentação e pesa cerca de 22 Kg; na outra, que abriga o magnetron, são montados a lampada e, geralmente, também o refletor. O peso desta Segunda caixa é de apenas alguns kg. A lâmpada, como mencionado, fica girando constantemente, para manter i plasma estável. O refletor utilizado normalmente pela Fusion é de facho estreito, com uma distribuição de luz rotacionalmente simétrica, otimizada para tubos de luz. A Fusion vende a lâmpada apenas em esquema OEM.

No mercado europeu, a Fusion tem trabalhado em parceria com a Celsius Tech, empresa sueca especializada em tecnologia magnetron para equipamentos de radar e de radiocomunicação. A Celsius Tech inclusive desenvolveu uma pequena fonte de alimentação chaveada que substitui totalmente a fonte de 22 Kg e pode ser instalada dentro da mesma caixa que abriga o magnetron – sem aumentar-lhe o peso de forma significativa. Além disso, esta nova fonte de alimentação permite dimerizar a lâmpada de o a 100% de seu fluxo luminoso.

A fonte de alimentação também pode ser integrada a um sistema de controle e monitoração computadorizado. Isto é especialmente importante considerando-se que a vida útil do magnetron é bem menor do que a da lâmpada. O sistema de monitoração pode assim acompanhar o funcionamento de cada magnetron e informar o pessoal de manutenção quando um deles precisa ser trocado. Enquanto a Fusion vende suas lâmpadas apenas nas modalidade OEM, a Celsius Tech pretende vende-las a qualquer interessado. Segundo informação divulgada pelo IAEEL, entidade internacional dedicada à promoção da iluminação eficiente, a lâmpada de 1 KW, versão não dimerizável, estaria sendo comercializado por cerca de US$ 2500 na Europa.

Atualmente, a maior instalação com lâmpadas de enxofre em operação é a do centro de triagem postal da cidade de Sundsvall, na Suécia, que compreende uma extensa rede de tubos de luz, com 26 unidades de 1 KW.

Entre as instalações pioneiras, ainda na fase da lâmpada de 3,4 kW , estão a ala espacial do Museu Nacional de Aeronáutica e Espaço, da Smithsonian Institution, a plaza externa do edifício Forrestal, ambas em Washington, EUA, e usando tubos de luz; e o hall da entrada principal do hospital da Universidade de Lund, na Suécia, cuja distribuição de luz é baseada em refletores.

O interesse em torno da novidade vem estimulando o anúncio e a realização de novos projetos: nos EUA, o Ministério de Energia planeja uma instalação com tubos de luz em Denver, também num centro de triagem postal e, em Washington, prevê-se uma instalação do mesmo tipo em um grande hangar. Já na Finlândia anuncia-se a inauguração, ainda este ano, de uma instalação cujo sistema de distribuição de luz é baseado em espelhos: trata-se de um grande projeto, com cerca de 20 lâmpadas, usadas para iluminar o átrio de um shopping Center próximo à capital Helsinque. Na Suécia, a novidade registra inclusive casos de modernização, como o do hospital da Universidade de Lund, em que as duas lâmpadas de 3,4 kW existentes serão substituídas por quatro de 1 kW, com o projeto de maior impacto, pelo menos em termos de mídia , certamente deverá ser o da iluminação da arena principal da Olimpíada de Sidney, na Austrália (a Olimpíada do ano de 2000), cuja proposta vencedora prevê o uso das lâmpadas de enxofre.

De pronto, uma aplicação claramente recomendada para a nova lâmpada é na iluminação de grandes áreas, como prédios industriais, supermercados, ginásios esportivos, praças de esportes e de lazer externas, hangares, armazéns e almoxarifados, parques de estacionamento, shopping centers, hospitais, além de uso publico em locais onde a diferenciação de cores é importante e etc. Mas há ainda um vasto potencial de uso que só agora começa a ser explorado, como na agricultura, para o cultivo de plantas, em ratamentos médicos que recomendem luz idênticas à natural, na iluminação de filmagens de cinema e TV e em projetores de vídeo.

 

Lâmpada de vapor de sódio

O Grande enigma entre a lâmpada vapor de sódio e mercúrio refere-se à vida útil média das mesmas. Apesar de alguns fabricantes ainda mencionarem uma vida de 16.000 horas e 12.000 horas esses valores vem sendo alterados. Fabricantes como a PHILIPS e algumas concessionárias onde já se utiliza a lâmpada de sódio, manifestam que ambas as lâmpadas possuem a mesma vida útil média.

Apesar de estar praticamente consagrado a mesma vida, neste estudo analisaremos os dados da maioria dos fabricantes e do próprio MANUAL DE ILUMINAÇÂO PÙBLICA DA COPEL de 1989, ou seja 16.000 horas (VSO-150) e 12.000 horas (VMC-250). Mas também contemplaremos o caso das lâmpadas terem a mesma vida útil média ou seja 12.000 horas.

Não podemos relegar o fato de que a depreciação do fluxo luminoso da lâmpada de sódio é menor, tanto que ao final de 12.000 horas, seu fluxo luminoso é cerca de 60% maior que a lâmpada de Mercúrio.

Outro fator que também pode-se considerar como desvantagem, seria a cor amarela e espectros luminosos que dificultam a definição de cores, consequentemente há uma reação negati-va por parte da população quanto a lâmpada de sódio.

O fato de exigir Ignitor para partida da lâmpada de Sódio, torna o conjunto mais vulnerável a problemas, pois é um ponto a mais de defeito e, quando a lâmpada está queimada ou fora do porta lâmpadas com o circuito ligado, o Ignitor continua funcionando e emite pulsações que causam radiointerferência, prejudicando o desempenho de aparelhos de comunicação ligados no mesmo circuito. Quanto a radiação ultravioleta, a lâmpada de Sódio emite bem menos que a de Mercúrio, com isso, tem-se um benefício social à medida que se diminui a atração de insetos. Fato consumado é que a eficiência média e o fluxo luminoso nominal da lâmpada de Sódio é bem maior que a sua rival, cerca de 90 lm/W e 13.500 lm p/ VSO 150 e 50 lm/W e 12.500 lm p/ lâmpada a vapor de mercúrio VMC 250 ; Mas, mesmo com vantagens e desvantagens existentes entre ambas, o ponto fundamental re-side no consumo de energia elétrica. Será que seria uma boa opção a lâmpada de Sódio ao invés da lâmpada de mercúrio, apesar do custo da lâmpada de Sódio ser bem mais alto?

No quadro a seguir , apresentaremos um resumo comparativo de ambas. Deve-se atentar que, o grande dilema realmente recai no fato de que o custo inicial e de manutenção (substituição) do conjunto de Sódio (lâmpada + equipamentos auxiliares) é bem maior que o conjunto de Mercúrio, comprometendo sua utilização mesmo consumindo menos energia (cerca de 34,8% a menos). { VSO 150 + 26 (perdas) = 176 { VMC 250 + 20 (perdas) = 270 W

 

Lâmpada de sódio (150W) Lâmpada de mercúrio (250W)

• Custo inicial e de substituição alto 1- Custo bem menor
• Vida útil média de 16.000 horas 2- Vida útil média de 12.000 horas
• Depreciação do fluxo luminoso menor 3- Maior depreciação do fluxo luminoso
• Fluxo luminoso inicial nominal 13.500lm 4- Fluxo luminoso inicial nominal 12.500lm
• Cor amarelada e espectro luminoso que dificulta a identificação das cores
• Problema não preocupante
• Ignitor , ponto a mais de defeito 6- Não tem Ignitor
• Com lâmpada queimada, o Ignitor continua funcionando, emitindo pulsações que causam radio-interferência
• Não tem Ignitor
• Radiação ultravioleta mínima não atrai insetos
• Radiação bem maior – atrai insetos
• Perda no Reator 26 W 9- Perda no Reator 20 W
• Vida Útil Média Reator 6,5 anos 10- Vida Útil Média Reator 8,4 anos
• Consumo Mensal de 63,36 KWh 11- Consumo Mensal de 97,2 KWh

 

Considerações adicionais

Para a comparação, referenciou-se todos os preços em R$ (Reais) e uma Taxa de Desconto de 10% a.a. (0,7974%) e considerou-se a lâmpada funcionando 12 horas por dia durante 30 dias todos os meses. Consequentemente, a vida média da lâmpada de Sódio é de 44 meses e a de Mercúrio 33 meses. Quanto aos Reatores, tem-se 78 meses (Sódio) e 101 meses Mercúrio). Para obter esses resultados, simplesmente transformou-se a vida útil de horas (lâmpada) para meses e de anos (Reator) para meses (Fonte: Relatório SCPE-33.011 de 15/04/88-CODI / GE-33-COPEL). As lâmpadas consideradas no estudo foram do tipo ovóide e o Reator do tipo externo, alto fator de potência, 220V, com base para Relé e Ignitor incorporado no reator no caso do conjunto de Sódio. Quanto as luminárias, concluiu-se que o preço das mesmas, tanto para lâmpadas de Sódio como para de Mercúrio é praticamente o mesmo. Com isso, desprezou-se este fator; bem como o Relé Fotoelétrico e Braço, por estarem presente em ambas alternativas.

Foi considerado apenas a manutenção corretiva, ou seja, a substituição do equipamento quando do fim da vida útil.

Com o atual valor da tarifa de energia elétrica, realmente é indicado a utilização do conjunto de Sódio (150W), apesar do alto custo de instalação (materiais) e substituição desta alternativa. Se considerarmos que as Lâmpadas possuem “diferentes” vida útil média, o conjunto de Sódio ficaria 24,7 % mais barato. Enquanto que, considerando a mesma vida útil média, esse percentual reduziria-se para 22,3 %.

Se analisarmos os problemas atuais do país pode-se concluir que, o fator mais significativo no custo total de ambos os conjuntos é o valor da energia elétrica. Convém lembrar ainda, que inovações tecnológicas podem surgir, principalmente quanto ao consumo das Lâmpadas e eficiência luminosa, a ponto de modificar essa diferença.

 

Luminárias

A lâmpada deve permanecer totalmente dentro da luminária. E por sua vez, a luminária tem que estar totalmente na posição horizontal para não deixar escapar luz.

As lâmpadas usadas nas ruas são de 500 Watts. Com a luminária correta, essas lâmpadas passariam a ser de 200 ou 300 Watts, diminuindo, obviamente, o consumo.

As concessionárias de energia alegam que o custo dessas luminárias é maior. Não é verdade, pois custam o mesmo preço ou mais baratas. Só que as licitações não especificam os tipos adequados, sendo o material atualmente usado modelo 1920, ou seja, obsoleto e defasado. A luminária correta é a qual a lâmpada não aparece, mas o caminho é muito mais iluminado do que as ruas com luminárias tradicionais. Isso não é por causa da potência das lâmpadas, mas sim da qualidade das luminárias. Luminárias de boa qualidade também podem ser vistos nos restaurantes MC Donald’s e Shoppings Centers.

As luminárias erradas dão a falsa sensação de que estão clareando, por exemplo: se você mora em uma rua escura apesar de haver lâmpadas, isso não é por falta de mais postes ou pouca potência das lâmpadas. A causa de ruas escuras é o fato das luminárias não serem apropriadas.

Tipos de luminárias

 

Luminária MG Ródio

Luminária construída com o mesmo bloco óptico da “Ródio”, mas totalmente em alumínio. Disponível igualmente em três versões quanto ao seu acabamento, adapta-se à utilização em ambientes rurais ou urbanos. É uma alternativa à luminária “Ródio” para ambientes mais agressivos aos polímeros. Em opção esta luminária pode ser fornecida aberta (sem difusor) para aplicação em ambientes rurais. Bloco de acessórios fabricado com base e capôt em chapa de alumínio estampada. Reflector em alumínio de elevada pureza abrilhantado e anodizado. Três acabamentos disponíveis: 1. Bloco de acessórios em preto mate e reflector à cor anodizado natural;

Bloco de acessórios e reflector na cor cinza; 3. Bloco de acessórios e reflector em preto mate. Difusor fabricado em policarbonato injectado, de elevada transparência e protegido contra a acção dos raios UV. Sob consulta, a luminária pode ser fornecida com base para relé fotoeléctrico. Índice de Protecção: IP 65

– Bloco óptico IP 43 – Compartimento eléctrico Indice de Protecção Mecânica: IK10 -Difusor em policarbonato Classe I de Protecção contra choques eléctricos.

Luminária SPH

Luminária com bloco óptico e bloco do compartimento eléctrico distintos, destinada a lâmpadas com suporte E27. O Bloco óptico com boa distribuição fotométrica está disponível em três versões: SPH – Aberto (sem difusor); SPH.A – Fechado com difusor em acrílico (PMMA);

SPH.P – Fechado com difusor em policarbonato (PC). Aplicação em redes aéreas de electrificação rural ou em zonas semi-urbanas. Base e capôt do bloco do compartimento eléctrico fabricados em alumínio meio duro, estampado e lacado exteriormente a preto mate. Reflector em alumínio de elevada pureza, abrilhantado e anodizado. Nas versões fechadas os difusores são fabricados em policarbonato ou acrílico termoformado, ambos de elevada transparência, protegidos contra a acção dos raios UV. Os difusores são estriados lateralmente com efeito anti-encadeamento.

Nota:

Pode ser fornecida, sob consulta, com pintura total (incluindo reflector) em preto mate ou cinza. Índice de Protecção: IP 23 – Bloco óptico sem difusor IP 54 – Bloco óptico com difusor IP ?? – Compartimento eléctrico Índice de Protecção Mecânica: IK10 – Difusor em policarbonato IK06 – Difusor em acrílico Classe I de Protecção contra choques eléctricos.

Luminária SPO

Luminária de construção robusta para utilização em ambientes urbanos, semi-urbanos ou rurais, nas vias de comunicação. Disponíveis em duas versões: SPO 125 – Para lâmpadas até 100W VSAP ou 125W VM; SPO 250 – Para lâmpadas até 250W VSAP ou VM. Aro em alumínio esmaltado a branco. Capôt termoformado em PVC cinzento. Fechos em aço inox com efeito de mola. Reflector em alumínio de elevada pureza abrilhantado e anodizado. Difusor termoformado com estrias laterais com efeito anti-encadeamento, disponível em: – Acrílico (PMMA) – SPO 125.A e SPO 250.A; – Policarbonato – SPO 125.P e SPO 250.P. Índice de Protecção: IP 54 – Bloco óptico IP 43 – Compartimento eléctrico Índice de Protecção Mecânica: IK10 – Difusor em policarbonato IK06 – Difusor em acrílico Classe I de Protecção contra choques eléctricos.

Luminária F2000

Luminária concebida com um bloco óptico estanque – IP66, sem necessidade de manutenção e sem poluição luminosa devido à utilização de difusor plano. É uma luminária robusta, desenhada para um bom enquadramento urbano e concebida com uma eficiente distribuição luminosa adequada tanto à iluminação de vias, como de grandes áreas. Base e capôt da luminária fabricados em poliamida reforçado com fibra de vidro, injectado e estabilizado aos raios UV. Em opção, a luminária pode ser fornecida com base, ou base e capôt em alumínio injectado: – Só base em alumínio: F2000A – Base e capôt em alumínio: F2000AA Bloco óptico selado contituído por:

Difusor em vidro plano temperado (em opção pode ser fornecida com difusor saliente de forma curva em policarbonato) de elevada transparência. Reflector em alumínio de elevada pureza abrilhantado e anodizado; Base do bloco óptico em alumínio pintado a preto mate; Dispositivo de fixação e regulação de suporte de lâmpada em Valox permitindo 5 posições de tiragem e 4 posições de regulação da lâmpada. Índice de Protecção: IP 66 – Bloco óptico IP 65 – Compartimento eléctrico Índice de Protecção Mecânica: IK10 – Difusor em policarbonato IK08 – Difusor vidro temperado Classe I de Protecção contra choques eléctricos.

Luminária Ovnilight

Com um design exclusivo esta luminária enquadra-se perfeitamente em ambientes urbanos para iluminação de vias, grandes áreas ou zonas ajardinadas com uma agradável presença. Fornecida com bloco óptico estanque – IP 66, sem necessidade de manutenção, detém uma excelente distribuição fotométrica para potências disponíveis desde os 70W aos 250W. Corpo de montagem em alumínio injectado. Base do bloco óptico e capôt em alumínio repuxado. Acabamento a preto. Difusor em policarbonato termoformado, de elevada transparência e estabilizado aos raios UV. Índice de Protecção: IP 66 – Bloco óptico IP 44 – Compartimento eléctrico Índice de Protecção Mecânica: IK10 – Difusor em policarbonato Classe I de Protecção contra choques eléctricos.

Reatores para lâmpadas

Os reatores são equipamentos auxiliares utilizados em conjunto com as lâmpadas fluorescentes, a vapor de sódio, a vapor de mercúrio e a vapor metálico.

A escolha do reator deve ser feita de acordo com o tipo de lâmpada e com a tensão de rede em que ele irá funcionar. Outro tópico a ser considerado é o fator de potência, o qual, sendo alto, proporciona as seguintes vantagens:

• Contribui para a correção do fator de potência (industria);
• Reduz perdas nos circuitos de alimentação de sistema de iluminação;
• Evita sobrecargas desnecessárias nos mesmos circuitos.

Outro tipo de reator que começa a ser fabricado no Brasil é o eletrônico, que apresenta perdas reduzidas em relação aos tradicionais e pode possibilitar um acréscimo na vida média das lâmpadas. Com o uso desse equipamento, a potência solicitada da rede elétrica pelo conjunto lâmpada reator é significativamente inferior à que se verifica com os reatores tradicionais.

Reator eletrônico híbrido para lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão

A lâmpada de vapor de sódio de alta pressão, conhecida na litreratura como HPS – High Pressure Sodium, é utilizada na iluminação de grandes áreas e tem substituído, com vantagens, a lâmpada de vapor de mercúrio HPM – High Pressure Mercury na iluminação pública. Além de permitir uma economia substancial de energia, a lâmpada de vapor de sódio reduz os custos de manutenção, em virtude de sua elevada eficácia luminosa e longa vida útil.

A tensão de arco é um parâmetro característico das lâmpadas de descarga, definido pelo valor eficaz da tensão entre os seus eletrodos. Na lâmpada HPS, ao contrário das demais lâmpadas de descarga de alta pressão, a tensão de arco aumenta continuamente ao longo do tempo de funcionamento, e também é fortemente dependente da temperatura da parede do tubo de descarga e das características do dispositivo de estabilização da corrente, genericamente conhecido por reator. A vida útil da lâmpada é influenciada pela taxa de crescimento da tensão de arco, que por sua vez é função da potência transferida à lâmpada.

A principal desvantagem dos reatores convencionais de baixo custo, na maioria dos casos constituídos por simples indutores, é a baixa regulação da potência transferida à lâmpada, na medida em que a tensão de arco da lâmpada aumenta com o tempo de funcionamento. Uma proposta para melhorar essa característica é a utilização de um reator híbrido, que alimenta a lâmpada com potência constante.

Características operacionais da lâmpada HPS

Os fabricantes de lâmpadas, para efeito de projeto de reatores, fornecem as especificações técnicas das lâmpadas HPS em um diagrama, conhecido como paralelogramo de potência ou diagrama quadrilateral Em vez de especificar um único ponto de operação, o paralelogramo define uma área segura que determina as tolerâncias a serem atendidas pelo reator para satisfazer uma faixa de tensão de alimentação CA e as variações de tensão de arco durante a vida útil da lâmpada. O paralelogramo é formado por quatro segmentos de reta. As retas limítrofes nos lados esquerdo e direito representam o comportamento da potência da lâmpada em função da tensão de arco, no início e final da sua vida útil, respectivamente. As retas superior e inferior estabelecem os respectivos valores máximo e mínimo da potência do reator a ser fornecida à lâmpada.

Nas lâmpadas HPS, a tensão de arco cresce aproximadamente de 1 a 2 V a cada 1000 horas de funcionamento. Essa elevação é uma consequência da redução da pressão parcial do vapor de sódio, causada pelas reações químicas do metal com as impurezas, principalmente com o óxido emissor dos eletrodos, e pela migração do sódio pelas extremidades do tubo de descarga.

Quando a tensão de arco alcança o seu valor de extinção ( drop out ), a tensão em circuito aberto do reator não consegue efetuar a reignição da descarga após a passagem por zero da corrente da lâmpada, a cada semiciclo. Nessas condições ,a lâmpada pode entrar em um processo cíclico , no qual ocorre normalmente e, após alguns minutos, a lâmpada apaga subitamente. Quando o tubo de descarga esfria, a tensão aplicada pelo ignitor é suficiente para ascender a lâmpada, reiniciando o ciclo. Algumas lâmpadas utilizam amálgamas com dosagem modificada, que evitam esse fenômeno.

A maioria das lâmpadas HPS comerciais trabalha com vapor de sódio saturado, ou seja, uma parcela de amálgama condensada nos pontos de temperatura mais baixa do tubo de descarga. Pequenas alterações de temperatura nesses pontos provocam mudanças substanciais na pressão do vapor de sódio, que resultam em alterações na tensão de arco da lâmpada. Por essa razão, a luminária, em particular a geometria do seu refletor óptico, que reflete uma parcela da radiação infravermelha para o tuo de descarga, influi significativamente no comportamento da tensão de arco da lâmpada HPS.

Descrição do reator híbrido

O objetivo do reator eletrônico híbrido é alimentar a lâmpada HPS na frequência da rede com potência constante. O reator é constituído da associação em série de dois indutores e por uma chave estática bidirecional em corrente, ligada em paralelo a um deles. Aunidades de controle apresenta uma malha de realimentação de potência que utiliza um controlador PI para atuar sobre o ângulo de fase da chave ( medido a partir da passagem por zero da tensão da lâmpada ), modificando a imédância equivalente do reator para compensar alterações nas tensões de alimentação e de arco. Para realizar a partida da lâmpada, utiliza-se um ignitor independente, do tipo pulso superposto.

Considerações Finais

O reator eletrônico híbrido desenvolvido possibilita uma excelente regulação de potência na lâmpada durante a sua vida útil. Ele oferece as seguintes vantagens: Fluxo luminosos aproximadamente constante;

• Aumento na vida útil do conjunto reator e lâmpada;
• Baixa distorção harmônica da corrente de alimentação; e Eficiência energética compatível com a de reatores indutivos convencionais
• O reator convencional consome potência superior à nominal durante uma parcela significativa da vida útil da lâmpada. Portanto, a operação com potência constante na lâmpada possibilita um economia de energia, quando computados os custos de energia totais durante a vida da lâmpada.

 

Novo reator eletrônico para lâmpadas HO, com controle de luminosidade

A necessidade da utilização racional de energia elétrica tem aumentado a busca por alternativas, ou tecnologias, que levem ao melhor aproveitamento das fontes de energia existentes. Como a iluminação artificial responde por uma fração considerével de toda a energia gerada, é necessário investir em sistemas de iluminação que proporcionem, entre outras vantagens, economia de energia.

Utilizar um reator eletrônico para duas lâmpadas fluorescente de 110 W, alimentado a partir da rede de 220 V é uma possibilidade e, suas características prinmcipais : Alto fator de potência na entrada ;

• Interruptores do inversor com comutação não dissipativa do tipo ZVS;
• Tensão senoidal de alimentação da lâmpadas;
• Possibilidade de troca de uma das lâmpadas com a outra funcionando;
• Ausência de efeito estroboscópico e ruído audível;
• Elevado rendimento;
• Controles automáticos de presença e de luminosidade.
• Rendimento

Os reatores de boa qualidade apresentam, geralmente, perdas menores, consumindo menos energia para o seu funcionamento. Os de qualidade inferior , por sua vez, além de apresentar maior consumo , muitas vezes luminoso emitido. Outras vezes podem comprometer a vida útil da lâmpada. A substituição dos reatores por outros de melhor rendimento pode ser feita gradativamente, obedecendo aos programas normais de manutenção da empresa fornecedora do reator.

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