Iluminação-3: lâmpadas fluorescentes

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Técnicas de iluminação e funcionamento das lampadas fluorescentes.

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Iluminação-3: lâmpadas fluorescentes

  1. 1. Automação LÂMPADAS DE DESCARGA28-11-2011 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Automação Lâmpadas de Descarga: Conceitos As lâmpadas de descarga constituem uma forma alternativa de produzir luz de una maneira mais eficiente e económica que as lâmpadas incandescentes. Por isso, o seu uso está tão difundido hoje em dia. A luz emitida consegue-se por excitação de um gás submetido a descargas eléctricas entre dois eléctrodos. Conforme o gás contido na lâmpada e a pressão a que está submetido, teremos diferentes tipos de lâmpadas, cada uma delas com as suas próprias características luminosas. Funcionamento No interior do tubo, produzem-se descargas eléctricas como consequência da diferença de potencial entre os eléctrodos. Estas descargas provocam um fluxo de electrões que atravessa o gás. Quando uns deles chocam com os electrões das camadas externas dos átomos do gás transmitem-lhes energia e podem suceder duas coisas:28-11-2011 Por : Luís Timóteo 2
  3. 3. Automação Lâmpadas de Descarga: Conceitos Funcionamento (cont.) A primeira possibilidade é que a energia transmitida no choque seja suficientemente elevada para poder arrancar o electrão do seu átomo. Este, pode por sua vez, chocar com os electrões de outros átomos repetindo o processo. Se este processo não se limita, pode-se provocar a destruição da lâmpada por excesso de corrente. A outra possibilidade é que o electrão não receba suficiente energia para ser arrancado. Neste caso, o electrão passa a ocupar outro orbital de maior energia. Este novo estado costuma ser instável e rapidamente o electrão volta á situação inicial. Ao faze-lo, o electrão liberta a energia extra em forma de radiação ultravioleta (UV) ou visível. Como a longitude da onda da radiação emitida é proporcional á diferença de energia entre os orbitais inicial e final do electrão e os estados possíveis não são infinitos, é fácil compreender que o espectro de estas lâmpadas seja descontinuo.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosFuncionamento (Cont.) A consequência deste facto é que a luz emitida pela lâmpada não é branca (por exemplo nas lâmpadas de sódio a baixa pressão é amarelada). Portanto, a capacidade de reproduzir as cores destas fontes de luz é, em geral, pior que no caso das lâmpadas incandescentes que têm um espectro contínuo. É possível, revestindo o tubo com substâncias fluorescentes, melhorar a reprodução das colores e aumentar a eficácia das lâmpadas convertendo as nocivas emissões ultravioletas em luz visível.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Automação Lâmpadas de Descarga: Conceitos Elementos auxiliares Para que as lâmpadas de descarga funcionem correctamente é necessário, na maioria dos casos, a presença de uns elementos auxiliares: arrancadores e balastros. Os arrancadores ou ignitores são dispositivos que fornecem um breve pico de tensão entre os eléctrodos do tubo, necessário para iniciar a descarga e vencer assim a resistência inicial do gás á corrente eléctrica. Depois de ligar, há um período transitório durante o qual o gás se estabiliza e que se caracteriza por um consumo de potência superior ao nominal. Os balastros, ao contrário, são dispositivos que servem para limitar a corrente que atravessa a lâmpada e evitar assim um excesso de electrões circulando pelo gás que aumentaria o valor da corrente até produzir a destruição da lâmpada.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosEficácia Ao estabelecer a eficácia deste tipo de lâmpadas há que diferenciar entre a eficácia da fonte de luz e a dos elementos auxiliares necessário para seu funcionamento, que depende do fabricante. Nas lâmpadas, as perdas se centrai em dois aspectos: as perdas por calor e as perdas por radiações não visíveis (ultravioleta e infravermelho).A percentagem de cada tipo dependerá da clame de lâmpada com que trabalhemos. Tipo de lâmpada Eficácia (lm/W) Fluorescentes 38-91 De Luz de mista 19-28 Mercúrio a alta pressão 40-63 Halogéneos metálicos 75-95 Sódio a baixa pressão 100-183 Sódio a alta pressão 70-130 A eficácia das lâmpadas de descarga oscila entre os 19-28 lm/W das lâmpadas de luz mista e os 100-183 lm/W das de sódio a baixa pressão.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosEficácia28-11-2011 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosDurabilidade Duração de vida média: indicada pelo fabricante, indica o número de horas após as quais 50% de um lote significativo de lâmpadas acesas deixa de emitir fluxo luminoso. Tipo de lâmpada Longevidade (h) Fluorescente standard 12500 Luz de mista 9000 Mercúrio a alta pressão 25000 Halogéneos metálicos 11000 Sódio a baixa pressão 23000 Sódio a alta pressão 23000 A duração de vida média varia entre as 1.000 horas, nas lâmpadas de incandescência, até às cerca de 60 000 horas, no caso das lâmpadas de indução. Se considerarmos os LED, de luz branca, na classificação dos tipos de lâmpadas, os quais têm sido cada vez mais aperfeiçoados no sentido de substituir as lâmpadas de incandescência, podemos atingir uma duração de vida média de cerca de 100.000 horas.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosFactores externos que influenciam o funcionamento As lâmpadas de descarga são, em geral, sensíveis ás temperaturas exteriores. Dependendo das suas características de construção (tubo, ampola exterior...) se verão mais ou menos afectadas em diferente medida. As lâmpadas a alta pressão, por exemplo, são sensíveis ás baixas temperaturas em que têm problemas de arranque. Por outro lado, a temperatura de trabalho estará limitada pelas características térmicas dos componentes (200º C para o casquilho e entre 350º e 520º C para a ampola, conforme o material e tipo de lâmpada). A influência do número de acendimentos é muito importante para estabelecer a duração de uma lâmpada de descarga já que a deterioração da substância emissora dos eléctrodos depende em grande medida de este factor.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosPartes de uma lâmpada de Descarga As formas das lâmpadas de descarga variam segundo a classe de lâmpada com que tratemos. De todas as maneiras, todas têm uma serie de elementos em comuns como o tubo de descarga, os eléctrodos, a ampola exterior ou o casquilho. Ampola de Vidro Tubo de Eléctrodos Descarga Gás Casquilho Principais partes de uma lâmpada de descarga (Mercúrio)28-11-2011 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosClasses de Lâmpadas de Descarga A luz emitida é produzida pela passagem da corrente eléctrica em um gás ou vapor ionizado que, ao chocar-se com a pintura fluorescente ou com cristais de fósforos no interior do tubo, emite luz visível. Apresentam eficiências bem superiores às lâmpadas incandescentes e oferecem muito mais luz sem potência extra. É possível reduzir o consumo de energia e ainda assim ter mais luz. Produzem, em média, até 10 vezes mais luz do que as incandescentes comuns, para cada watt consumido. São classificadas em função da pressão interna do bolbo: lâmpadas de descarga de baixa pressão; lâmpadas de descarga de alta pressão.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosLâmpadas de Descarga de Baixa PressãoLâmpadas fluorescentes são as mais conhecidas e podem ser de vários tipos: Lineares: utilizadas principalmente em ambientes de escritórios, comerciais e salas de aula; Circulares: são utilizadas em ambientes comerciais, mas já possuem grande utilização doméstica, pois algumas podem até substituir as lâmpadas incandescentes comuns; Compactas: aplicação doméstica, pois substituem as incandescentes comuns, já que possuem a rosca tipo Edison; Coloridas e lâmpadas de néon; Luz negra; Lâmpadas Vapor de Sódio: possui sódio a baixa pressão no seu interior. Principalmente utilizada para iluminação externa e de estradas28-11-2011 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Automação Lâmpadas de Descarga: ConceitosLâmpadas de Descarga de Alta PressãoLâmpadas de luz mista: combinam a eficiência das lâmpadas a vapor de mercúrio com as propriedades de cor das fontes de luz com filamento de tungsténio.  Esse tipo de lâmpada não precisa de balastros e arrancadores. São utilizadas para iluminar vias públicas, jardins, praças, estacionamentos, etc;Lâmpadas a Vapor de Mercúrio: possui vapor de mercúrio em suspensão dentro do tubo de descarga.  Também são utilizadas em vias públicas, jardins, praças, estacionamentos, etc;Lâmpadas Multivapor Metálico: possui vapor de haletos metálicos na descarga de mercúrio no interior do tubo.  São utilizadas para iluminação pública, interna comercial e industrial, postos de gasolina, etc;Lâmpadas a Vapor Metálico e Multivapor Metálico: o tubo de descarga é preenchido com mercúrio de alta pressão e uma mistura de vapores de árgon e néon, e ainda com sódio e tálio.  São utilizadas principalmente para iluminação de interiores e, principalmente, para iluminação de monumentos, outdoors, etc;Lâmpadas a Vapor de Sódio: utilizada para iluminação exterior.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Automação Lâmpadas de Vapores de Mercúrio Baixa Pressão28-11-2011 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Automação LÂMPADAS FLUORESCENTES Revestimento Fluorescente CasquilhoCasquilho Fluxo de Electrões Tubo de Descarga São formadas por um tubo de diâmetro normalizado, normalmente cilíndrico, fechado em cada extremo com um casquilho de dois contactos onde se alojam os eléctrodos. O tubo de descarga está cheio com vapor de mercúrio a baixa pressão e uma pequena quantidade de um gás inerte que serve para facilitar o acendimento e controlar a descarga de electrões. A luz é produzida predominantemente pelo fósforo fluorescente activado pela energia ultravioleta gerada pelo arco de mercúrio.  A parede interna do Tubo é revestida com fósforo fluorescente.  Quando a voltagem correcta é aplicada, um arco é produzido pela corrente que flui entre os eléctrodos através do vapor de mercúrio.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Automação LÂMPADAS FLUORESCENTES As lâmpadas fluorescentes são lâmpadas de vapor de mercúrio a baixa pressão (0.8 Pa). Nestas condições, no espectro de emissão do mercúrio predominam as radiações ultravioletas na banda de 253.7 nm. Para que estas radiações sejam úteis, reveste-se as paredes interiores do tubo com poses fluorescentes que convertem os raios ultravioletas em radiações visíveis. Da composição destas substâncias dependerão a quantidade e a qualidade da luz, e as qualidades cromáticas da lâmpada. Na actualidade usam-se dois tipos de pós: os que produzem um espectro contínuo e os trifósforos que emitem um espectro de três bandas com as cores primárias. Da combinação destas três cores obtém-se uma luz branca que oferece um bom rendimento de cor sem penalizar a eficiência, como ocorre no caso do espectro contínuo.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Automação Lâmpadas de Descarga: Conceitos Principio de Funcionamento das Lâmpadas Fluorescentes Filamentos Revestimento de Luz Visível Gás Árgon e Vapor Fósforo de Mercúrio Casquilho Base Corrente de Irradiação UV Electrões Mercúrio Luz Visível28-11-2011 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Automação LÂMPADAS FLUORESCENTES Princípio de Funcionamento:  Fotões Ultravioleta 1. Os electrões livres (E), são introduzidos no tubo 1. Os fotões ultravioletas libertadosem movimento As colisões entre partículas pelo Mercúrio,  Partículas 2. excitam oseátomos do fósforo do revestimento (electrões iões), excitam os átomos do gás de ionizando o gás (A). mercúrio. do tubo. A corrente eléctrica passa através do gás  Electrão 2. 2. Os fotões ultravioletas excitam um electrão em Num átomo electrões ionizado; de Mercúrio eexcitado, um electrão iões movem-se cada átomo de fósforo, para um nível de energia salta para um nível extremidademais elevado. rapidamente duma de energia à outra do tubo. Electrão Núcleo mais elevado. Núcleo do do 3. 3. A energia da corrente eléctrica, transforma de Quando o electrão regressa ao seu nível o Átomo Átomo 3. Quando o electrão do fósforo regressa energia energia de líquido átomo liberta esta ao seu   de Fósforo Mercúrio Mercúriooriginal, o no gás (M). nível sob energia de um fotão átomo liberta um extra de a forma original, o ultra violeta. fotão de luz visível. Fotão de luz Visível   Fotão Ultravioleta28-11-2011 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Automação LÂMPADA FLUORESCENTE PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Luz Visível Radiação UV Excitação Ionização Revestimento Eléctrodo Ampola Vapor de Casquilho Mercúrio de fósforos ou tubular Mercúrio filamento com gás árgon28-11-2011 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Automação LÂMPADA FLUORESCENTE PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Enfeito do click de ligar nos filamentos… Eléctrodos Sputtering Tubo preenchido por vapores de Mercúrio Átomos do Vapor Revestimento de fósforo Eléctrodos Átomos dos Evaporação desgastados Eléctrodos28-11-2011 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Automação  Lâmpada Fluorescente PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO http://www.youtube.com/watch?v=dEwRG9EpWzY lampf.avi28-11-2011 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Automação Lâmpada Fluorescente: Revestimento Mercúrio de Fósforo Tubular (linear) Gás ÁrgonFilamentos Circuito Pinos 220V AC28-11-2011 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Automação Lâmpada Fluorescente: Eléctrodo de contacto (aberto) Condensador Ampola deLÂMPADAS COM ARRANCADOR Antiparasitas Vidro Lâmina Bimetálica Aberta (fria) O papel do arrancador é o seguinte: Suporte de -Fechar o circuito de pré-aquecimento quando a Vidro tensão lhe é aplicada e em seguida: -Abrir o circuito, quando o pré-aquecimento é suficiente; Base isolante O arrancador consiste numa pequena ampola de vidro cheia de gás árgon a baixa pressão e em cujo interior se encontram dois eléctrodos, um deles fixo, e o outro constituído por uma lâmina bimetálica, constituída por dois metais com diferente coeficiente de dilatação, que pela acção do calor se pode dobrar ligeiramente.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Automação Lâmpada Fluorescente: LÂMPADAS COM ARRANCADOR Quando os dois eléctrodos se tocam, a descarga cessa e portanto eles voltam a afastar-se e a abrir o circuito. Como no circuito existe um indutância correspondente ao balastro, a abertura deste circuito indutivo produz uma sobretensão, que permite efectuar o arranque da lâmpada. Em paralelo com estes dois eléctrodos encontra-se um condensador, cuja finalidade é a de evitar as possíveis interferências nas bandas de rádio e televisão, que este arrancador possa ocasionar. Quando o arranque da lâmpada não se verifica, o que acontece por exemplo em lâmpadas usadas (eléctrodos desgastados), o arrancador funciona sucessivamente, produzindo-se a cintilação da lâmpada e a perfuração do condensador. É então necessário substituir simultaneamente o arrancador e a lâmpada.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Automação Elementos auxiliares (Arrancador)O arrancador é um interruptor automático. Enquanto ele sente que a lâmpada está brilhando, permanece aberto. O arrancador se fecha sempre que se desliga o dispositivo. ABERTO Eléctrodo de contacto (aberto) FECHADOCondensador Ampola de Eléctrodo de contactoAntiparasitas Vidro (fechado) Lâmina Bimetálica Aberta (fria) Lâmina Bimetálica fechada (quente) Suporte de Vidro Gás néon acendido Pinos de Base isolante contacto28-11-2011 Por : Luís Timóteo 25
  26. 26. Automação Lâmpadas Fluorescentes Elementos auxiliares (Arrancador) A ALIMENTAÇÃO DE UMA LÂMPADA FLUORESCENTE DEVE SEGUIR 4 ETAPAS: AQUECIMENTO AQUECIMENTO DE FILAMENTOS REGIME PERMANENTE TEMPO TENSÃO DE IGNIÇÃO Acorrente inicial O calor resultante, dilata O contacto bimetálico provoca um arco o contacto arrefece e regressa á voltaico entre os bimetálico, que fecha o sua posição original. A eléctrodos que contacto, o qual desliga corrente flúi agora ioniza o gás do a luz do normalmente pelo gás arrancador e arrancador, aplicando ionizado do tubo. fecha o circuito. alta tensão aos terminais do tubo.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 26
  27. 27. Automação CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO PARA UMA LÂMPADA FLUORESCENTE A ALIMENTAÇÃO DE UMA LÂMPADA FLUORESCENTE DEVE SEGUIR 4 ETAPAS: AQUECIMENTO DE FILAMENTOS FILAMENTO PARA TER UMA VIDA ADEQUADA NOS FILAMENTOS É IMPORTANTE AQUECER OS FILAMENTOS ATÉ UNS 950º K CORRENTES DE AQUECIMENTO DA ORDEM DE 200 - 300 mA UMA CONDIÇÃO QUE SE TRADUZ NA PRÁCTICA, EM QUE A RESISTÊNCIA NO UMA CORRENTE/TENSÃO DE MOMENTO DO ARRANQUE (RHOT) DEVE AQUECIMENTO DEVE SER APLICADA SER DA ORDEM DE 4 VEZES A AOS FILAMENTOS DURANTE O TEMPO RESISTÊNCIA DO FILAMENTO EM FRIO NECESSÁRIO (0.4 -3 S) (RCOLD) A APLICAÇÃO DA TENSÃO DE IGNIÇÃO ANTES DE QUE O FILAMENTO ESTEJA CORRECTAMENTE AQUECIDO PRODUZ "SPUTTERING" E O RHOT FILAMENTO SE DESGASTA RÁPIDAMENTE. 4 RCOLD (ENEGRECIMENTO NAS EXTREMIDADES DO TUBO E REDUÇÃO DRÁSTICA DA VIDA DA LÂMPADA)28-11-2011 Por : Luís Timóteo 27
  28. 28. Automação (Fluorescente Tubular Linear) Funcionamento: A intensidade que circula aquece os filamentos E, tornando-os emissores, facilitando o acendimento. A bobine L se carrega com a energia da rede, e o interruptor C (arrancador) se abre. A Bobine L cria uma sobretensão que somada á AC da rede, aparece aos terminais do tubo T. Produz-se uma descarga no interior do tubo provocando a ionização, reduzindo a tensão aos seus terminais. Esta tensão não é suficiente para disparar C de novo, entrando o funcionamento na estabilidade.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 28
  29. 29. Automação Lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão(Fluorescente Tubular Linear) Funcionamento: Ao aplicar-se a tensão da rede a descarga dentro da ampola não é feita imediatamente. Entre as duas lâminas do arrancador (A) (que estão muito próximas) vai saltar um arco eléctrico que provoca o aquecimento das lâminas e a sua deformação, fechando-se por ele o circuito.Com as lâminas do arrancador (A) em contacto e tendo desaparecido o arco eléctrico, aslâminas arrefecem e têm tendência a voltar à sua posição inicial ou seja, voltam a abrir.Quando isso acontece, a interrupção brusca da corrente provoca no balastro (B) oaparecimento de uma força-electromotriz induzida que, somada à tensão da rede, ficaaplicada à ampola sendo suficiente para provocar a descarga no tubo. Nesta altura acorrente passa por dentro da lâmpada entre os dois filamentos (F) de tungsténio da lâmpadae o balastro (B) exerce a sua segunda função a de limitador da corrente.A ampola é revestida interiormente por pó fluorescente e tem no seu interior árgon e vaporde mercúrio a baixa pressão. As substâncias fluorescentes do tubo têm a função detransformar as radiações invisíveis (ultravioletas) emitidas, em radiações visíveis.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 29
  30. 30. Automação Lâmpada Fluorescente Funcionamento: http://home.howstuffworks.com/fluorescent-lamp5.htm fluorescent-lamp-rapid.swf28-11-2011 Por : Luís Timóteo 30
  31. 31. Automação LÂMPADAS FLUORESCENTES Funcionamento: A cor da luz produzida pela lâmpada depende da mistura de fósforos utilizada. As lâmpadas comuns usam três tipos de fósforos, com picos de emissão na faixa baixa, média e alta do espectro visível. Os principais comprimentos de onda gerados são: 254, 313, 365, 405, 436, 546 e 578 nanometros. Os fósforos fluorescentes são geralmente seleccionados e misturados para responderem mais eficientemente a 254 nm. Ao filamentos são em geral, de tungsténio trifilado coberto por óxidos terrosos para reforçar a emissão de electrões. Durante a operação da lâmpada atinge temperatura de 1100° C, ponto em que tem uma grande emissão.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 31
  32. 32. Automação LÂMPADAS FLUORESCENTES Funcionamento:  A cor da luz produzida pela lâmpada depende da mistura de fósforos utilizada.  As lâmpadas comuns usam três tipos de fósforos, com picos de emissão na faixa baixa, média e alta do espectro visível.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 32
  33. 33. Automação LÂMPADAS FLUORESCENTES Dimensões e Formas: As lâmpadas fluorescentes normais são tubulares, com diâmetro variável entre 6mm (0,25” T-2) e 54 mm (2,125” T-17). Uma letra indica a forma. O número, em sequência, indica o diâmetro máximo em oitavos de polegada. T-8 indica formato tubular com 8/8 de polegada de diâmetro, ou seja, 26mm. T-12 indica 12/8” ou 1,5” equivalente a 38mm. T-10 indica 10/8”, ou seja 33 mm. T-5 indica 5/8”, ou seja 16mm. Além de tubos lineares, as lâmpadas podem ter tubos em forma de U, em forma circular, e mais recentemente pequenos diâmetros e compactas das formas mais variadas especialmente helicoidais.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 33
  34. 34. Automação LÂMPADA FLUORESCENTE Circuito Compensação Sem um balastro as lâmpadas fluorescentes não funcionam. Além de um balastro magnético e do arrancador por vezes também requerem: O uso de um condensador de compensação em paralelo, devido ao forte comportamento indutivo causado pelo o uso do balastro!...28-11-2011 Por : Luís Timóteo 34
  35. 35. Automação Lâmpadas Fluorescentes Rendimento/Eficácia AS LAMPADAS FLUORESCENTES TÊM UMA DURAÇÃO DE 20.000 HORAS (OS FILAMENTOS SÃO A PARTE MAIS DÉBIL DA LÂMPADA). A EFICIÊNCIA LUMINOSA É DA ORDEM DOS 70 -100 lm/W (SÓ 22% DA POTÊNCIA É APROVEITADA PARA PRODUZIR LUZ). PODE-SE OBTER UMA GRANDE VARIEDADE DE CORES E TEMPERATURAS DE COR JOGANDO COM OS FÓSFOROS DESDE 2600º k ATÉ 7000º k POTÊNCIA DE ENTRADA 100% DESCARGA CALOR 60% 38% 2% 20% 36% 4% 38% VISÍVEL INFRAVERMELHO CALOR 22% 36% 42%28-11-2011 Por : Luís Timóteo 35
  36. 36. Automação LÂMPADA FLUORESCENTECircuito de InstalaçãoUm dispositivo fluorescente tem três componentes principais: a lâmpada, o balastro e o arrancador. Arrancador Circuito de uma Lâmpada Circuito de duas lâmpadas Lâmpada Balastro28-11-2011 Por : Luís Timóteo 36
  37. 37. Automação LÂMPADA FLUORESCENTE Calha Balastro Instalação / Substituição Socket Um dispositivo fluorescente tem três  componentes principais: a lâmpada, o balastro e o arrancador. Quando um desses componentes funciona Arrancador mal, geralmente é necessário substituí-lo. Remova o tubo antigo girando-o para fora  Lâmpada dos bocais do dispositivo. Instale o novo da mesma forma: insira os pinos do tubo no bocal e gire-o para prender no lugar.  Remova o arrancador antigo da mesma forma que você removeu o tubo antigo, girando-o para fora do bocal do dispositivo. Instale um novo Publications International, Ltd., 2006 inserindo-o no bocal e girando para trancá-lo no lugar. A Substituição do Balastro já requer alguns conhecimentos técnicos e deve ser executada por pessoal técnico tendo em conta as suas especificações e esquema de ligações.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 37
  38. 38. Automação LÂMPADA FLUORESCENTE FLUORESCENTE LINEARImpedância negativa. No arranque a resistência diminui á medida que a corrente aumenta Não podem ser ligadas directamente á rede de alimentação AC. CARACTERÍSTICAS: • Eficácia luminosa: 40-100 lm/W • Vida útil: 10000 horas. • Perdas de Fluxo: 16%. • Tª Cor: 2500-6500 ºK. • Acendimento: Instantâneo (quase). Vantagens: Inconvenientes: • Menor consumo. • Maior tamanho. Lâmpadas • Vida mais longa. • Maior peso, requer instalação de calha. Compactas. • Maior custo em relação a outras opções...28-11-2011 Por : Luís Timóteo 38
  39. 39. Automação Elementos auxiliares (Arrancadores Convencionais) Os arrancadores das lâmpadas fluorescentes são classificados segundo sua potência em watts e é importante que você utilize o arrancador correcto para o tubo do seu dispositivo.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 39
  40. 40. Automação Elementos auxiliares (Arrancador) Electrónico CONVENCIONAL Diagrama Electrónico28-11-2011 Por : Luís Timóteo 40
  41. 41. Automação Elementos auxiliares (Arrancadores Electrónicos)Os arrancadores electrónicos permitem uma ignição sem intermitências e com um arranque suave das lâmpadas fluorescentes. Os eléctrodos das lâmpadas são previamente aquecidos e arrancam a quente no espaço de 2 segundos.Os arrancadores electrónicos eliminam o perigo de incêndio que pode ocorrer quando as lâmpadas intermitentes não arrancam durante um longo período de tempo.A função de desligamento automático detecta lâmpadas com defeito ou fundidas, evitando assim o sobreaquecimento de arrancadores e balastrosAs dimensões e a base de dos arrancadores electrónicos são universais. Substituem facilmente o arrancador de interruptor incandescente convencional.Os arrancadores electrónicos são totalmente electrónicos em funcionamento e cumprem os requisitos da norma de segurança IEC/ EN 61347-1-2 e da norma de desempenho IEC/EN 60927.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 41
  42. 42. Automação Elementos auxiliares (Arrancadores Electrónicos) Os arrancadores electrónicos inflamam lâmpadas novas imediatamente após a substituição. Os arrancadores electrónicos são fáceis de identificar pelas suas coberturas plásticas coloridas transparentes: Aspecto Power Strike – Transparente Twin Strike – Verde Mini Strike – Castanha Quick Strike – Amarela Cool Strike – Azul…..28-11-2011 Por : Luís Timóteo 42
  43. 43. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS)  São equipamentos auxiliares necessários para o acendimento das lâmpadas de descarga executando principalmente três funções: http://www.silix.esExecutam o arranque da lâmpada.Elevam ou reduzem a tensão da rede aplicada á lâmpada consoante ao requisitos desta.Garantem o funcionamento estável da lâmpada através do controlo da corrente.  Os balastros são fabricados para trabalhar com tipos específicos de lâmpadas. Não se pode mudar indiscriminadamente a lâmpada sem ter atenção ao balastro, uma vez que este é especifico para uma potência e tensão própria.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 43
  44. 44. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS)As especificações para os balastros de lâmpadas fluorescentes são as seguintes: Pré-aquecer os eléctrodos para provocar a emissão de electrões; Produzir a tensão de arranque para iniciar a descarga; Limitar a corrente de funcionamento a um valor correcto;Há vários tipos de balastros magnéticos disponíveis: os mais usuais são apropriados para o funcionamento com arrancadores; menos vulgares são os destinados ao funcionamento com lâmpadas de arranque rápido, com eléctrodos pré-aquecidos e com circuito semi-ressonante e ainda, balastros electrónicos. Em relação às perdas os balastros magnéticos podem ser classificados em 3 Classes: B (baixas perdas); C (standard); D (altas perdas) .28-11-2011 Por : Luís Timóteo 44
  45. 45. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS)Quais as lâmpadas que necessitam de Balastro?  Todas as lâmpadas fluorescentes e as lâmpadas de descarga de alta intensidade (HID).28-11-2011 Por : Luís Timóteo 45
  46. 46. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS) A reactância ou balastro magnético deve garantir:  Boa regulação face a ás variações da tensão de alimentação.  Baixo aquecimento.  Funcionamento sem ruído.FUNÇÕES:  Limitação das componentes harmónicas Limita e regula a corrente da nas correntes da rede e da lâmpada. lâmpada.  Perdas próprias moderadas para alcançar Fornece a corrente e tensão um bom rendimento do conjunto. adequada de arranque.  Dimensões apropriadas.  Garantir ao máximo a vida da lâmpada.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 46
  47. 47. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTROMAGNÉTICOS) São equipamentos auxiliares necessários para o acendimento das lâmpadas de descarga. Servem para limitar a corrente e adequar as tensões para o perfeito arranque e funcionamento das lâmpadas. Os tipos de balastros encontrados no mercado são : Electromagnéticos Electrónicos. Balastro Electromagnético comum Os balastros electromagnéticos são constituídos por um núcleo laminado de aço silício (com baixas perdas) e bobines de fio de cobre esmaltado. http://www.silix.es/reg10v.htm28-11-2011 Por : Luís Timóteo 47
  48. 48. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTROMAGNÉTICOS)Vantagens: Proporcionam o arranque; Limitam a corrente num valor adequado. Simples e robustos.Desvantagens: Pesados; Baixo rendimento; Efeito flicker;28-11-2011 Por : Luís Timóteo 48
  49. 49. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS) Esquema bloco de um Balastro Electrónico Standard (A3), com circuito corrector de factor de potência.        28-11-2011 Por : Luís Timóteo 49
  50. 50. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS) Balastro Electrónico A328-11-2011 Por : Luís Timóteo 50
  51. 51. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ) Classificação Europeia de Balastros: Mais Eficiente ≠ 21.05.2002 21.11.2005 Menos Pretendia-se que a partir de Dezembro de 2005 não se fabricassem Eficiente mais balastros magnéticos. 28-11-2011 Por : Luís Timóteo 51
  52. 52. Automação Lâmpadas FluorescentesCOMPORTAMENTO EM REGIME PERMANENTEBalastro Electromagnético Baixa frequência (50 Hz) Equivalente BF tensão corrente Balastro Electrónico Alta frequência (50 KHz) tensão Equivalente AF corrente APROXIMAÇÃO SIMPLISTA EM REGIME PERMANENTE28-11-2011 Por : Luís Timóteo 52
  53. 53. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS) Balastro electrónico Unidade compacta que substitui todos os componentes associados a cada lâmpada. Resumindo… Os balastros electrónicos oferecem um conjunto de vantagens em relação aos balastros convencionais, de entre os quais se podem citar os seguintes: Poupança de energia entre 20% e 30%; Ausência de cintilação durante o funcionamento, devido à alta frequência; Desliga automaticamente as lâmpadas em caso de anomalia; Religação automática das lâmpadas após correcção da anomalia; Baixo campo magnético; Alto factor de potência (> 0,95) ; Baixa temperatura de funcionamento; Fluxo constante independente da tensão de alimentação; Vida útil da lâmpada aumenta cerca de 50%; Funcionamento em DC;28-11-2011 Por : Luís Timóteo 53
  54. 54. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)Os balastros electrónicos são constituídos por condensadores e bobinas para alta frequência, resistências, circuitos integrados e outros componentes electrónicos. Balastro electrónico: Aquecer os filamentos. Encender a lâmpada. Estabilizar a corrente. Evitar interferências.Trabalham em alta frequência (de 20 KHz a 50 KHz). Proporcionam maior fluxo luminoso com menor potência de consumo, transformando assim os balastros electrónicos em produtos economizadores de energia e com maior eficiência que os balastros electromagnéticos. http://www.silix.es/reg10v.htm28-11-2011 Por : Luís Timóteo 54
  55. 55. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)Os balastros electrónicos são constituídos por condensadores e bobinas para alta frequência, resistências, circuitos integrados e outros componentes electrónicos.Trabalham em alta frequência (de 20 KHz a 50 KHz). Proporcionam maior fluxo luminoso com menor potência de consumo, transformando assim os balastros electrónicos em produtos economizadores de energia e com maior eficiência que os balastros electromagnéticos. Aquecer os filamentos. Balastro electrónico: Encender a lâmpada. Estabilizar a corrente. Evitar interferências.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 55
  56. 56. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)O balastro electrónico é totalmente silencioso. No decurso do período de pré- aquecimento da lâmpada de descarga este balastro fornece à lâmpada uma tensão crescente, impondo uma corrente quase constante. Em regime permanente, ele regula a tensão aplicada à lâmpada independentemente das flutuações da tensão da rede.Sendo o arco alimentado nas condições óptimas de tensão resulta uma economia de energia de 5 a 10% e um aumento da duração de vida da lâmpada. Por outro lado o rendimento de um balastro electrónico pode ultrapassar os 93%, enquanto que o rendimento médio de um balastro magnético anda à volta dos 85%.O factor de potência é elevado (> 0,95) .O balastro electrónico permite igualmente assegurar a função de variação do fluxo luminoso. A variação da frequência permite com efeito fazer variar a amplitude da corrente no arco e portanto a intensidade luminosa.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 56
  57. 57. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)Os balastros electrónicos estão disponíveis desde o início da década de 80. Melhorias nas performances destes balastros e o custo cada vez maior da energia resultaram num aumento da utilização dos mesmos a partir do início da década de 90.Os balastros electrónicos melhoram o rendimento das lâmpadas convertendo a frequência standard de 50 Hz em alta frequência , geralmente em 25 kHz a 40 kHz. O funcionamento das lâmpadas a estes elevadas frequências produz a mesma quantidade de luz, com um consumo de 12 a 25 % mais baixo.A utilização de balastros electrónicos tem portanto uma série de vantagens: Aumento do Rendimento Luminoso: as lâmpadas podem produzir cerca de mais 10% de luz para a mesma potência absorvida; alternativamente a potência absorvida pode ser reduzida, para a mesma saída de luz;28-11-2011 Por : Luís Timóteo 57
  58. 58. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)A utilização de balastros electrónicos tem portanto uma série de vantagens:Eliminação do Flicker (cintilação): numa lâmpada funcionando a 50 Hz a luz extingue-se duas vezes por ciclo na passagem da corrente por zero. Isto produz o flicker, o qual provoca cansaço visual. Produz também o efeito estroboscópico, com efeitos potencialmente perigosos no caso de existirem máquinas rotativas. Com o funcionamento da lâmpada a alta frequência a emissão de luz é contínua, eliminando-se portanto o flicker.Eliminação do Ruído audível: como os balastros electrónicos funcionam acima da gama audível de frequências, o problema do ruído é eliminado. O familiar ruído dos balastros convencionais é provocado pelas vibrações mecânicas das chapas laminadas do seu núcleo, e possivelmente também pela bobine, vibrações estas que se propagam à armadura e à superfície na qual está fixada, ampliando ainda mais o ruído.Menor Potência Absorvida: um balastro electrónico consome menos potência e portanto dissipa menos calor do que um balastro magnético convencional. Esta redução de potência é possível porque: a alta frequência, a lâmpada pode funcionar a uma potência mais baixa, com a mesma emissão de fluxo; as perdas num balastro electrónico são muito menores do que as perdas num balastro magnético. Podem conseguir-se reduções de custo da energia de 20 a 25%.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 58
  59. 59. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)A utilização de balastros electrónicos tem portanto uma série de vantagens: Aumenta a duração da Lâmpada: um balastro electrónico efectua um pré-aquecimento dos eléctrodos antes de aplicar um impulso controlado de tensão, diminuindo o desgaste do material emissor de electrões dos eléctrodos. Isto aumenta a duração de vida da lâmpada. Controlo versátil do Fluxo Luminoso: existem balastros electrónicos que permitem a regulação do fluxo luminoso. Isto permite uma poupança considerável de energia nas situações em que a iluminação está ligada a um sistema de controlo automático, detectando níveis de iluminação e ajustando o fluxo da lâmpada, de forma a manter um nível constante. A iluminação pode também ser programada para uma diminuição do fluxo luminoso quando determinadas áreas não estão a ser usadas. Os balastros electrónicos podem incorporar feedback para detectar as condições de funcionamento das lâmpadas, de forma a que as lâmpadas sejam desligadas no caso de anomalias de funcionamento. O seu funcionamento pode ser em AC , quer em DC, no caso da iluminação de emergência. Diminuição de Peso e Tamanho: devido à elevada frequência de funcionamento, os componentes magnéticos num balastro electrónico são compactos e leves (núcleos de ferrite) , em vez dos enrolamentos e núcleo de aço laminado dos balastros magnéticos.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 59
  60. 60. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)Os balastros electrónicos podem ser classificados nas seguintes classes:  A1 (Balastros Electrónicos com regulação (Dimable);  A2 (Balastros Electrónicos com baixas perdas);  A3 (Balastros Electrónicos standard) .Os balastros electrónicos com regulação possuem uma entrada específica para o sinal de regulação, o qual pode ser de dois tipos  Regulação analógica1-10 V;  Regulação digital;Sistema de Regulação Analógica de 1 – 10VNeste sistema é aplicada uma tensão DC variável entre 1 V e 10 V, sendo o fluxo luminoso da lâmpada proporcional à tensão de regulação. Existem controladores específicos para este tipo de regulação, sendo os mais comuns os do tipo potenciómetro. O dispositivo a regular cria uma tensão contínua nos terminais de controlo, sendo ligado a esses terminais um potenciómetro. A variação de resistência do potenciómetro serve para ajustar o fluxo luminoso emitido pela lâmpada: 10 volt (máximo brilho; linha de controlo aberta); 1 volt (brilho mínimo; linha de controlo curto-circuitada).28-11-2011 Por : Luís Timóteo 60
  61. 61. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS analógicos) Sistema de Regulação de 1 – 10VUm dispositivo de controlo pode controlar balastros ligados a uma lâmpada com Alteração do fluxo luminoso mesmo para lâmpadas fluorescentes, ou fluorescentes compactas não integradas…O interruptor pode ser substituído por um potenciómetro….28-11-2011 Por : Luís Timóteo 61
  62. 62. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS analógicos) Sistema de Regulação de 1 – 10V..Ou um mesmo dispositivo de controlo pode controlar balastros ligados a lâmpadas diferentes ou todas em simultâneo. No entanto existe limite no comprimento do cabo e no número de balastros.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 62
  63. 63. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS analógicos) Sistema de Regulação de 1 – 10V… Embora se trate de um sistema considerado já antigo, pode usar a imaginação em aplicações variadas…28-11-2011 Por : Luís Timóteo 63
  64. 64. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS) Sistema de Regulação Digital A regulação é efectuada por um sinal digital produzido pelo sistema de controlo. A tecnologia digital abre novas opções desde a transmissão isenta de erros até ao endereçamento individual de componentes.  Para a transmissão isenta de erros usa-se o código Manchester: como o bus de dados tem 2 condutores (2 linhas de transmissão) , para cada bit enviado numa linha é também enviado o seu inverso na outra linha, sendo estes bits comparados no destino. Como o sistema está constantemente a comparar os sinais das duas linhas (bus) quando detecta inconsistência a informação é ignorada e é enviado novo bit . Desta forma o sistema digital garante uma maior fiabilidade.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 64
  65. 65. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS) Métodos de Controlo Switch Switch Switch + + 0-10v Switch 0-10v Digital Digital 120/277v 120/277v NN 120/277v 120/277v NN 120/277v 120/277v NN PWR PWR PWR 120/277v 120/277v Brightness Brightness 100% 100% max max 0vv 0 100% 100% min min T1 T1 T2 T2 1v1v 8v8v On/off On/off On/off On/off On/off On/off Dimming Dimming Dimming Dimming Status Status Min/Max Min/Max Fade Fade28-11-2011 Por : Luís Timóteo 65
  66. 66. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS)Sistema de Regulação Digital Há actualmente 2 standards no mercado que diferem ligeiramente no que diz respeito ao protocolo de transmissão: - DSI: Digital Serial Interface; - DALI: Digital Adressable Lighting Interface; standard IEC 62386.  Simples botões de pressão podem ser usados para comandar, regular e mesmo programar instalações. Com o conceito de sistema aberto e flexível não há limites:  Controlo por infravermelhos;  Controlo por sensores de luz constante;  Controlo por detectores de presença;  Utilização com sistemas de gestão integrada (DALI , EIB, LONWORKS…);  Quando se der a utilização conjunta de balastros electrónicos, sensores de luz e detectores de presença podem ser atingidas reduções de 70% no consumo de energia.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 66
  67. 67. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DSI DSI (Digital Serial Interface) é um protocolo/sistema de comunicação digital entre equipamento de controlo de iluminação. É preciso, e livre de interferências e é uma tecnologia já testada e comprovada. O sinal digital DSI, é usado para comunicação entre os módulos de controlo DSI e balastros de regulação digital. Os comando de regulação consistem de palavras de 8-bits de informação, que correspondem a um valor preciso de regulação. Este código de 8-Bits é usado em vez da tecnologias analógica de 1-10V sendo ultrapassadas todas as desvantagens do sistema analógico.Uma das grandes vantagens do sistema DSI é que pode controlar cerca de 200 dispositivos enquanto que o outro sistema o DALI, precisa de um controlador de BUS para cada grupo de 64 dispositivos. O sistema DSI é mais rentável em termos de qualidade preço, mas o sistema DALI pode ser facilmente integrado em sistemas de controlo global de edifícios.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 67
  68. 68. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DSI Componentes típicos para um sistema inteligente de controlo digital usando Digital Serial Interface (DSI). Balastro Electrónico Regulável Controlo Remoto Photocell/PIR Motion Detector & Controller Programador DSI28-11-2011 Por : Luís Timóteo 68
  69. 69. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DSI Acenda a luz – somente quando a área está ocupada. Automaticamente controla a luz ambiente para um nível constante (ajustável de 100 a 1000 lux ), independentemente da hora ou claridade do dia ou da noite. Photocell/PIR Luz natural suficiente, Ocupada Luz natural reduzida, Ocupada Noite, Ocupada - Luz “OFF” - Luz “Regulada” - Luz “Ligada” Motion Detector & Controller Luz natural suficiente, desocupada Luz natural reduzida, desocupada Noite, Desocupada - Luz “OFF” - Luz “OFF” - Luz “OFF”28-11-2011 Por : Luís Timóteo 69
  70. 70. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DALI DALI é um protocolo industrial standard, desenvolvido pelos principais fabricantes de balastros de modo unificarem processos e garantirem a compatibilidade. Consiste de DATA de 19 bits o que permite endereços individuais para 64 luminárias assim como informação do seu estado. Pode-se combinar com o sistema DSI ou integrar-se com outros sistemas inteligentes de controlo de Edifícios.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 70
  71. 71. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Lighting Circuit Sistema de Regulação Digital -DALI DALI Bus P N G D D DALI DALI Ballast DALI Ballast DALI Ballast Relay DALI POWER Lighting SUPPLY Panel DALI DALI Switch Switch Cada balastro, switch ou relé, é ligado da mesma maneira independentemente da sua localização no circuito.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 71
  72. 72. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DALI CABLAGEM Line N DA DA Integração Implementação28-11-2011 Por : Luís Timóteo 72
  73. 73. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DALIPode ser facilmente adaptável para Domótica e ITED (Sistema de casa Inteligente).28-11-2011 Por : Luís Timóteo 73
  74. 74. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DALI28-11-2011 Por : Luís Timóteo 74
  75. 75. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DALI Um balastro electrónico de regulação 1- 10V, controlado por um módulo com interface de protocolo DALI (Digital Adressable Light Interface), usando PLC (Power Line Comunicativos) e GSM (Global System for Mobile Communications), para monitorar/Controlar sistemas de Iluminação Pública. HID lamp28-11-2011 Por : Luís Timóteo 75
  76. 76. Automação Elementos auxiliares (BALASTROS ELECTRÓNICOS DIGITAIS) Sistema de Regulação Digital -DALI Podemos enumerar as seguintes vantagens do sistema DALI :  Cablagem simples das linhas de comando (sem polaridade) ;  Controlo individual de cada dispositivo ou circuito (endereçamento) ;  Possibilidade de controlo simultâneo de todos os dispositivos;  Protecção de interferências, por se tratar de um sinal digital;  Controlo do estado dos equipamentos ( falha de lâmpada, etc.) ;  Procura automática de todos os dispositivos;  Regulação por curva logarítmica;  Sistema inteligente (cada dispositivo guarda endereço individual, circuito, etc.)  Custo mais baixo e mais funcionalidade quando comparado com sistemas analógicos 1-10 Volt ;28-11-2011 Por : Luís Timóteo 76
  77. 77. Automação LÂMPADAS Fluorescentes Compactas CFL’s (Compact Fluorescent Lamp)28-11-2011 Por : Luís Timóteo 77
  78. 78. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas (CFL´s) As lâmpadas fluorescentes Compactas (Compact fluorescent lamps ou CFLs), funcionam da mesma maneira que as lâmpadas de tubos fluorescentes convencionais. Contudo não se tornaram de uso prático até á invenção dos aluminatos de fósforo na década de 70‟s. Antes, os compostos de fósforo não suporta a proximidade do arco voltaico e desintegravam-se. As CFL‟s também necessitavam de um circuito electrónico de pequenas dimensões, de modo a poder substituir directamente as lâmpadas fluorescentes, nas aplicações existentes. Algumas CFL´s são uma peça única e são chamadas de lâmpadas integradas, e facilmente substituem as lâmpadas incandescentes mas, uma vez avariadas toda a lâmpada será substituída. Também se pode substituir facilmente uma destas lâmpadas pela ineficientes lâmpadas incandescentes. Outras com designs modulares, são apresentadas com mais uma ou duas partes. Quando avaria nos filamentos da lâmpada , substitui-se somente o tubo fluorescente reutilizando a parte mais cara , a parte electrónica, e neste caso estamos a falar de lâmpadas compactas não integradas.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 78
  79. 79. Automação LÂMPADAS Fluorescentes Compactas CFL’s28-11-2011 Por : Luís Timóteo 79
  80. 80. Automação LÂMPADAS Fluorescentes Compactas CFL’s  Existem no mercado diversos tipos de CFL‟s, sendo umas mais antigas dos que outras, mas podemos distinguir dois grupos:  Lâmpadas fluorescentes compactos integradas;  Lâmpadas fluorescentes compactas não integradas CFL CFL Integrada Não Integrada CFL Não Integrada As Lâmpadas Fluorescentes compactas Integradas são directamente compatíveis com as lâmpadas incandescentes.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 80
  81. 81. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas (CFL´s) CFL‟s não Integradas (PL) Direcção da descarga Eléctrodos Dobra do Tubo Supressor de RF Pinos deArrancador encaixe/Contactos28-11-2011 Por : Luís Timóteo 81
  82. 82. Automação Lâmpadas Fluorescentes Lampadas_Fluorescentes.wmv http://www.youtube.com/watch?v=kX7HY-T-kfY28-11-2011 Por : Luís Timóteo 82
  83. 83. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas (CFL´s) CFL‟s não Integradas (PL)28-11-2011 Por : Luís Timóteo 83
  84. 84. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas: Não integradas (PL)  Neste tipo de Lâmpadas fluorescentes, a eficiência depende fortemente da configuração, quando em configuração com balastros magnéticos, têm-se que assegurar uma determinada carga para o balastro, (comportamento de bobine) afim de se reduzir as perdas neste…  Fraca eficiência. Balastro 7/9/11→Lampada 5W  Eficiência limitada. Balastro 7/9/11→Lampada 2x5W28-11-2011 Por : Luís Timóteo 84
  85. 85. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas: Não integradas (PL)Neste tipo de Lâmpadas fluorescentes, a eficiência depende fortemente da configuração…  Boa eficiência… Balastro 7/9/11→Lampada 1x11W  Eficiência excelente…  Balastro 7/9/11 Lâmpada 2x9W 28-11-2011 Por : Luís Timóteo 85
  86. 86. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas: : Não Integradas (PL) Em vez de … Usar… Aplicar… Conhecida como “Tandem connection”.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 86
  87. 87. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas: Não Integradas (PL) Lamp power (measured) 12W Ballast power loss 10W  8W P 6W 4W 2W 0W TC-S 9W TC-S 2*5W TC-S 5W TC-S 7W TC-S 2*9W TC-S 11W TC-S 2*7W Tandem Tandem Tandem Gráfico da Potência total – usando sempre o mesmo Balastro Magnético28-11-2011 Por : Luís Timóteo 87
  88. 88. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas Integradas (CFL’s) Composição Ampola exterior Tubo de Descarga Clipes de Retenção Balastro Electrónico Base em Policarbonato Casquilho tipo Edison28-11-2011 Por : Luís Timóteo 88
  89. 89. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas Integradas: Funcionamento Principio de Funcionamento idêntico ás outras lâmpadas fluorescentes só que com o balastro electrónico integrado no mesmo conjunto da lâmpada, ( no caso Árgon/Vapor de Mercúrio das integradas…) Átomos de Mercúrio excitados Fósforo fluorescente produz luz visívelRevestimento de Fósforo Filamento/Eléctrodo Balastro Electrónico 28-11-2011 Por : Luís Timóteo 89
  90. 90. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas Integradas: Composição28-11-2011 Por : Luís Timóteo 90
  91. 91. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas Integradas: Composição Casquilho de Balastro Tubo Rosca Electrónico Fluorescente Ligação 230 VAC Base Ligações do Ligações dos Tubo Tubo Fluorescente Filamentos em U28-11-2011 Por : Luís Timóteo 91
  92. 92. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas Lâmpada compacta de qualidade Espectro Balanceado Combinação de qualidade dos fósforos de revestimento melhoram o IRC, a luz, brilho e vida da lâmpada. Componentes Electrónicos de alta Temperatura Proporcionam maior duração e preparados para aplicações industriais e comerciais Balastro Electrónico Acendimento instantâneo com economia de energia até 83%.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 92
  93. 93. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas Lâmpada compacta de qualidade?!... Podem até ser reguláveis (Dimmable)….mas sem correção de Factor de potência, há qualquer coisa que não soa bem!...28-11-2011 Por : Luís Timóteo 93
  94. 94. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: Aplicações DC Aplicações de Baixa Tensão DC: 12V; 24V; 48V Para projectos de iluminação a energia solar e outras aplicações OEM. Formato GloboFormatos DC CFL: 2U;3U e 4U.Especificações:Voltagem de Entrada: 12VDC (24 ou 48 vdc)Potência: 5W ~ 30WCasquilhos: E27/B22Temperatura de Cor: 6400ºK ou 2700ºKAplicações: Projectos a energia solar, automóvel, embarcações de recreio, comboios, instalações a baterias… Balastro Electrónico a 12VDC de Alta eficiência Para lâmpadas fluorescentes T4,T5,T8;T9,T10;T12 ou CFL‟s de rede AC 4 ~ 40W 28-11-2011 Por : Luís Timóteo 94
  95. 95. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: Balastros CFL Integrada CONSUMO DE CORRENTEREDEELÉCTRICA Balastro electrónico Aquecer os filamentos. Encender a lâmpada. Estabilizar a corrente. Evitar interferências.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 95
  96. 96. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas : Balastros BALASTROS ELETRÔNICOS PARA LÂMPADAS DE BAIXA PRESSÃO: Lâmpadas Fluorescentes Integradas Topologia auto-oscilante de alta frequência28-11-2011 Por : Luís Timóteo 96
  97. 97. Automação Sistema de Lâmpadas Fluorescentes: Resumo As lâmpadas incandescentes são uma coisa simples . Um bocado de fio que fica muito quente até ficar incandescente e com o brilho produz luz. Em termos de rede de energia AC apresenta um carga resistiva pura. Contrariamente, as lâmpadas fluorescente são muito mais complexas . Para que estas lâmpadas funcionem é necessário um comportamento electrónico conhecido como carga reactiva. É necessário um balastro para a sua operação o que pode alterar a forma da potência dissipada em termos de eficiência (Cos Φ<1). Lâmpadas Fluorescentes de Rosc Lâmpadas Fluorescentes Tubulares (CFL‟s) (Balastro separado): (Balastro integrado): Tubular T5, T8, T12; Tubulares; Double, Triple, Hex, BIAX. Helicoidais; Opções de Balastro: Factor de Pot. Globulares.  Alto Factor de Pot = > 0.9 Opções de Balastro:  Factor Pot. Normal = 0.4 – 0.6  Factor Pot. = 0.4-0.95; Opções e Balastro: Regulável (Dimmable)  1% to 100%;  5% to 100%;  10% to 100%;  Multi-nível.  Vida da Lâmpada = 10.000 horas  Vida do Balastro = + de 100.000 horas Opções de Balastro: Regulável  Amplitude não definida.  Vida da Lâmpada = 5.000 horas.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 97
  98. 98. Automação O que existe dentro das lâmpadas: Resumo 1. Vidro; 2. Aço; 3. Uma pequena quantidade de isolamento plástico de alta temperatura; 4. Solda (estanho); 1. Vidro; 5. Metal inox (níquel); 2. Aço; 6. Fósforo; ** 3. Uma pequena quantidade de isolamento 7. mercúrio + mercúrio (vapor); ** plástico de alta temperatura; 8. Silício (Em ICs, transístores, MOSFETs, diodos, etc.) 4. Solda (estanho); 9. Fibra de vidro e resina epoxy (PCB, semicondutores) 5. Metal inox (níquel); 10. Alumínio (Condensador electrolítico); 6. Tungsténio; 11. Material plástico (estrutura, película dos 7. Gás inerte. condensadores); 12. Ferrites / cerâmicas (resistências, núcleo bobines); 13. Cobre (bobines, PCB).** São tóxicos, ou tornam-se tóxicos quando combinados com outros químicos no processo de tratamento do lixo comum.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 98
  99. 99. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: CFL’s Vs Lâmpada Incandescente -Espectro luminoso pobre, efeito de cor Excelente cor, fiável, alto índice de pobre. (CRI = 90 - 40). reprodução de cor (CRI = 100). -Dificuldade de regulação de brilho sem alteração de cor. Necessita de um -Facilmente regulável sem balastro electrónico especial para o equipamentos especializados. efeito. -Longa duração desde que não haja interrupções. Interrupções diminuem -Regulação de brilho aumenta a durabilidade. durabilidade e diminui o consumo. -Alta eficiência luminosa (Lumens/Watt cerca de 5X+) e -Fraco rendimento luminoso Cos 0,95. -Não pode substituir os milhares de tipos de lâmpadas (10%). incandescentes. -Halogéneas Vs Incandescentes -Contem Mercúrio altamente tóxico. ( se forem são 30% + eficientes banidas as lâmpadas incandescente, introduzir-se-á aproximando-se da eficiência das cerca de 25T de mercúrio como resíduos tóxicos no CFL‟s. ambiente cada 7 a 10 anos.) -Não tem impactos negativos no -Produz ruído electrónico (alta frequência) que pode a ambiente e é 100% reciclável. complicar a rede eléctrica AC….28-11-2011 Por : Luís Timóteo 99
  100. 100. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: CFL’s Vs Lâmpada Incandescentehttp://videos.sapo.pt/Zoh8Zz6uQiEFNud8igzn CFLs_incandescente.wmv28-11-2011 Por : Luís Timóteo 100
  101. 101. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: Posições de funcionamento Um dos cuidados a ter com estas lâmpadas fluorescentes, que podem substituir directamente as lâmpadas incandescentes, é que não devem funcionar em recipientes (Candeeiros ou Luminárias) fechados. A razão é a temperatura. Por causa do circuito electrónico do balastro, todas as CFL´s devem ser usadas em locais com razoável ventilação, de modo a evitar o seu sobreaquecimento que pode danificar os seus componentes electrónicos. O calor em excesso, digamos 100ºC não afecta em nada as lâmpadas incandescentes mas pode afectar as CFL´s…. Circuito Electrónico do Balastro da CFL. Não Talvez Sim Não Não Sim28-11-2011 Por : Luís Timóteo 101
  102. 102. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: Rendimento Luminoso As lâmpadas fluorescentes compactas integradas produzem entre 5, 6, ou mais vezes luz, que as lâmpadas incandescentes para a mesma potência.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 102
  103. 103. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: LÂMPADAS FLUORESCENTES COMPACTAS CARACTERÍSTICAS:  Eficácia luminosa: 50-90 lm/W  Vida útil: 6000-9000 horas.  Perdas de Fluxo: 15-17%.  Tª Cor: 2500-6500 ºK.  Acendimento: Instantâneo.  Consumo até 6 vezes menor que as incandescentes.  Não necessita compensação eléctrica, cos 0.95.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 103
  104. 104. Automação Lâmpadas Fluorescentes Compactas integradas: CFL„s poupam energia – Mas:  Nem todas as CFL„s são compactas.  CFL„s precisam de tempo de aquecimento.  CFL„s têm funcionamento óptimo a uma temperatura específica.  CFL„s desgastam com clicks frequentes.  Há poucas CFL„s reguláveis. Com Lâmpada Com CFL 4 W Com CFL 4 W Incandescente 15 W Ao fim de 3 s Ao fim de 3 min28-11-2011 Por : Luís Timóteo 104
  105. 105. Automação Lâmpadas Fluorescentes: Porquê o Mercúrio? O mercúrio, o único metal no estado líquido à temperatura ambiente, está presente em diversas formas (Hg metálico, orgânico, inorgânico) e pode encontrar-se em três estados de oxidação (0, +1, +2), em geral facilmente interconvertíveis na natureza. Tanto os humanos, como os animais estão expostos a todas as formas através do ambiente . O mercúrio metálico ou elementar, no estado de oxidação zero (Hg0) existe na forma líquida à temperatura ambiente, é volátil e liberta um gás monoatómico perigoso: o vapor de mercúrio. Este é estável, podendo permanecer na atmosfera por meses ou até anos.Porque é que o Mercúrio está nas Lâmpadas? O mercúrio, está presente em todos os tipos de lâmpadas de descarga designadamente nas lâmpadas fluorescentes, porque:  Infelizmente não há substituto para o  Contribui para eficiência luminosa; mercúrio.  Mais energia é convertida em luz útil e  A quantidade de Mercúrio por lâmpada tem menos em calor; diminuído ao longo dos anos.;  Aumenta a durabilidade das lâmpadas;  Não há lâmpadas fluorescentes sem Mercúri “mercury-free” . 28-11-2011 Por : Luís Timóteo 105
  106. 106. Automação Lâmpadas Fluorescentes: Efeitos do Mercúrio?Não há lâmpadas fluorescentes (ou HID) sem Mercúrio …“mercury-free”.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 106
  107. 107. Automação Lâmpadas Fluorescentes: Efeitos do Mercúrio?Efeitos do Mercúrio na saúde humana:Os efeitos da exposição ao mercúrio, variam entre a morte e a dificuldade deaprender…Efeito em adultos por exposição a doses elevadas: Morte, Paralisia, Tremores, Dificuldades da Audição, da Visão, da Fala e no Sistema motor. Efeito em bebés de mães expostas a doses elevadas: Paralisia cerebral, atraso na fala/andar, e em doses menores, dificuldade de aprender/processar informação!... Afecta essencialmente o sistema nervoso central, sistema cardiovascular, sistema motor e sistema reprodutor, é persistente e tóxico no meio ambiente e é mantido no ciclo da água daí que certas espécies de peixes em determinados lugares apresentam níveis elevados de Mercúrio, peixes esses que não devem ser usados na alimentação humana, (especialmente mulheres grávidas) ou animal…28-11-2011 Por : Luís Timóteo 107
  108. 108. Automação Lâmpadas Fluorescentes: Impactos ambientais do MercúrioA Mudança do uso de lâmpadas incandescentes para CFL‟s na iluminação habitacional, efectivamente reduz a conta da electricidade para uns 25%.A Mudança do uso de lâmpadas incandescentes para CFL‟s na iluminação habitacional, reduz o consumo de electricidade, contribuindo para o bem do meio ambiente, pela redução dos gases de efeito de estufa produzidos pelos combustíveis fosseis que eram queimados para produzir essa energia extra. As CFL‟s contêm uma pequena quantidade de Mercúrio, cerca de 5 miligramas, tanto como a esfera do bico de uma esferográfica. Uma pilha de relógio contem 5 vezes mais mercúrio que uma CFL. O mercúrio é inofensivo enquanto selado dentro das CFL‟s e não é emitido quando estas estão em uso. Não há no momento, substituto para o mercúrio nas CFL‟s, no entanto os fabricantes têm estado a desenvolver esforços, e têm conseguido reduzir os níveis de mercúrio usado no seu fabrico.28-11-2011 Por : Luís Timóteo 108
  109. 109. Automação Lâmpadas Fluorescentes: Impactos ambientais do Mercúrio O uso de CFL‟s poupa energia, contribuindo significativamente para a preservação do meio ambiente, sendo os benefícios superiores ao possível impacto ambiental de contaminação de uma quantidade reduzida de mercúrio contida nas CFL‟s28-11-2011 Por : Luís Timóteo 109

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