Lâmpadas HID

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Lâmpadas de descarga de alta intensidade (HID lamps).

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Lâmpadas HID

  1. 1. Electrónica Analógica LÂMPADAS DE DESCARGA DE ALTA INTENSIDADE (HID)29-11-2011 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Electrónica Analógica Nomenclatura das Lâmpadas HID Código ANSIPara assegurar a compatibilidade física e eléctrica de diferentes fabricantes de lâmpadas o American National Standards Institute (ou "ANSI") desenvolveu um código especial para a designação das lâmpadas HID, que deve ser consultado quando necessário.O código da designação consiste numa combinação d e letras e número. Esta combinação começa com uma letra seguida de um número característico, depois letras identificam as características físicas, seguida no final de um número que identifica a potência. Os fabricantes também acrescentam letras ou número a seguir á potência, para identificar características especiais tais como a cor. A primeira letra identifica o tipo de lâmpada HID: B - Balastro interno L - Sódio baixa pressão S – Sódio alta pressão H - Mercúrio M - Metal Halide O número seguinte representa a compatibilidade eléctrica.As letras a seguir a esse número são arbitrarias e representas características físicas, tais como base, diâmetro da ampola, máximo comprimento (maximum overall length or "MOL,“) a distância ao centro (and light center length or "LCL“) de modo a assegurar a compatibilidade física.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 2
  3. 3. Electrónica Analógica Nomenclatura das Lâmpadas HID Código ANSISeguidamente vem a potência da lâmpada. Para as lâmpadas auto apagáveis (self- extinguishing lamps), a letra T aparece á frente do valor da potência. Vamos tomar um exemplo: S51WB-400D O S para sódio de alta pressão ( HPS -High Pressure Sodium); O 51 para características eléctricas de uma lâmpada de 400W HPS; WB para características físicas (Difusora mogul) casquilho ED-37; 400 para a potência da lâmpada: 400W; D Difusora. Posições de Funcionamento para lâmpadas HID /BU – Casquilho para cima, salvo outra especificação (Base up 15º). /BD – Casquilho para baixo, salvo outra especificação (Base down +15º). U – ou sem letras – Universal.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃOA lâmpada de vapor de mercúrio emite uma luz de aparência branca-azulada, com uma emissão na região visível dos comprimentos de onda do amarelo, verde e azul, faltando porém a radiação vermelha.No caso da lâmpada de 400 W , metade desta potência é transformada em radiação. Uma parte desta radiação encontra-se na pare visível do espectro (cerca de 60 W), outra parte na zona do ultravioleta (73 W) e outra ainda na zona dos infravermelhos (60 W).Através do emprego de uma fina camada de pó fluorescente na superfície interna do invólucro exterior, parte da radiação ultravioleta é convertida em radiações visíveis. Para tal finalidade utiliza-se uma composição química fluorescente especialmente rica na emissão de radiações vermelhas, o que contribui para melhorar bastante a aparência de cor da luz emitida por estas lâmpadas. A melhoria do rendimento não é apreciável (cerca de 10%) dado que a sensibilidade da vista à radiação vermelha é fraca.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃOAlém disso, uma parte da radiação visível gerada pela descarga é absorvida pela substância fluorescente. O índice de restituição de cores mantém-se portanto pouco expressivo (IRC de 40 a 57).As principal vantagem da lâmpada de vapor de mercúrio é a sua longa duração de vida média (de 11.000 a 12.000 horas) e o seu preço relativamente baixo quando comparado com outras lâmpadas de descarga de alta pressão.As lâmpadas de vapor de mercúrio usadas para iluminação de grandes áreas e fachadas têm uma ampola de vidro claro (tipos HP e HP/T, da Philips).Existem ainda as lâmpadas com camada fluorescente, elípticas (tipos HPL-N da Philips e HQLS da Osram) e as lâmpadas com camada fluorescente e com reflector interno (tipos HPR-N da Philips e HQLS-R da Osram).29-11-2011 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃO Tubo de Descarga Em sílica fundida Constituição Terminal de ligação Casquilho Mercúrio e (Rosca/Baioneta) Árgon Suporte do tubo de Arco voltaico Eléctrodo deEléctrodos arranque Preenchimento dePrincipais Nitrogénio BP Resistência de (Evita corrosão) arranque ( Em série com cada um Revestimento de fósforo dos eléctrodos auxiliares) da camada exterior interna (Melhor reprodução de cor) Eléctrodo de arranque Ampola de vidro de borosilicato Tubo de arco selado (Atenuação de UV) em quartzo (Contem Mercúrio com arguo néon e crípton) Eléctrodos Principais Apoio do Suporte 29-11-2011 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃO Constituição Eléctrodos PrincipaisSão lâmpadas de descarga, de alta pressão, pertencentes a um grupo denominado HID – (High Intensity Eléctrodo Auxiliar Discharge) . Ampola de VidroCom uma ampola semelhante á das com Nitrogénio incandescentes, operam como as lâmpadas fluorescentes. Nestas lâmpadas, uma pequena quantidade Casquilho do metal Mercúrio (Hg), no estado Tubo de descarga líquido, é colocado numa cápsula de vidro (tubo de descarga) com gás Resistência de arranque Árgon no seu interior. O Árgon serve Revestimento de Fósforo para activar o arco voltaico que é formado entre eléctrodos colocados Lâmpada vista em corte Transversal nas extremidades da cápsula.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃOPara acende-las, recorre-se a um eléctrodo auxiliar próximo a um dos eléctrodos principais que ioniza o gás inerte contido no tubo e facilita o início da descarga entre os eléctrodos principais.Seguidamente inicia-se um período transitório de uns quatro minutos, caracterizado por a luz passar de um tom violeta (arco voltaico) a branco azulado, durante o que se produz a vaporização do mercúrio e um incremento progressivo da pressão do vapor e do fluxo luminoso até alcançar os valores normais.Á medida que aumentamos a pressão do vapor de mercúrio no interior do tubo de descarga, a radiação UV característica das lâmpadas a baixa pressão (fluorescentes), perde importância relativamente ás emissões na zona visível (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm e amarelo 579 nm).Se nestes momentos se se apagasse a lâmpada, não seria possível o seu reacendimento até que se esfriasse, devido que á alta pressão do mercúrio que faria necessária uma tensão de ignição muito alta.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃO Constituição (alt.) Eléctrodo de Suporte do tubo de Funcionamento Arco voltaico (Bobinado em tungsténio) Tubo de descarga selado Revestimento de fósforo em quartzo da camada exterior interna (Contem Mercúrio com arguo néon e crípton) (Melhor reprodução de cor) Eléctrodo de arranque Preenchimento de Resistência de Nitrogénio arranque (Evita corrosão) Casquilho (Rosca/Baioneta) Ampola de vidro de borosilicato (Atenuação de UV)29-11-2011 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃO Circuito de ligação ELÉCTRODO AUXILIAR Condensador Tubo de Descarga ARCO BALASTRO Resistência Auxiliar ELÉCTRODOS PRINCIPAIS Rede Balastro AC Tubo de Descarga (quartzo) Rede ACEm alguns Modelos de lâmpadas, circuito do balastro e arrancador pode ser omitido. De resto, este circuito aplica-se á generalidade da lâmpadas (HID “High Intensity Discharge”) .29-11-2011 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃO Formato alongado TUBO DE QUARTZO ELÉCTRODO de Arranque RESISTÊNCIA DE ARRANQUE ELÉCTRODOS PRINCIPAIS Lâmpada vista em corte Transversal29-11-2011 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃO Outros Formatos29-11-2011 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE MERCÚRIO A ALTA PRESSÃOA eficácia oscila entre 40 e 60 lm/W e aumenta com a potência, ainda que para uma mesma potência é possível incrementar a eficácia recorrendo á qualidade do revestimento de fósforo (fosforescente) que convertem a luz ultravioleta em visível (cor branca-azulada). A vida útil, tendo em conta a sua depreciação, estabelece-se em umas 8000 horasA sua temperatura de cor vai de 3500ºK até Perdas por Calor 64,5% 6.000K. Imagens gravadas sob este tipo de luz sofrem com a falta dos tons avermelhados. Infravermelho 15% Cores como o amarelo, o verde e o azul ficam Ultravioleta 4% reforçadas, enquanto o vermelho e o laranja Energia Consumida 100% Luz Visível ganham tonalidades próximas do castanho. 16,5%Utilizadas geralmente em iluminação pública, estádios, fábricas, etc... , possuem espectro luminoso descontínuo, dificultando o trabalho de videoprodução. Emitem luz na tonalidade azul-esverdeado e possuem normalmente baixo IRC (de 15 a 55) embora existam modelos com IRC melhorado.Acendimento: 4 -5 minutos.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Electrónica Analógica Lâmpadas HID Luz Mista (Blended Lamp) O filamento de tungsténio de uma lâmpada de incandescência, incorporado na ampola e ligado em série com o tubo de descarga, pode ser utilizado como balastro.A lâmpada de luz mista consiste, portanto, num ampola cheia com gás revestida na parede interna por uma camada fluorescente, contendo um tubo de descarga em série com um filamento. AC 230V Da combinação destas duas fontes de luz numa só resultou a chamada lâmpada de luz mista. No entanto, para se obter uma duração de vida razoável, a temperatura de funcionamento do filamento tem de ser baixa, o que significa uma considerável redução do rendimento. Assim, enquanto nas lâmpadas de vapor de mercúrio de alta pressão se atingem rendimentos da ordem dos 60 lm/W, nas lâmpadas de luz mista o rendimento é mais modesto.Na lâmpada de luz mista, tal como na lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão com ampola fluorescente, da qual é derivada, a radiação ultravioleta da descarga do mercúrio é convertida em radiação visível pela camada fluorescente.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDLuz Mista (Blended Lamp)Somada a esta radiação visível existe a radiação visível do próprio tubo de descarga, bem como a luz de cor quente do filamento incandescente. Os dois tipos de radiação harmonizam-se bem, passando através da camada fluorescente, para dar origem a uma luz branca difusa, com uma aparência de cor agradável.O filamento age como um balastro para a descarga, estabilizando assim a corrente da lâmpada. Não é portanto necessário o uso de balastro. As lâmpadas de luz mista podem portanto, ser ligadas directamente á rede AC.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDLuz Mista (Blended Lamp) Constituição (alt.) Constituição Ampola de Eléctrodo Principal Vidro Casquilho Ampola Ovóide de Vidro Duro Suporte da montagem Suporte de Revestimento Condutores Tubo de de Fósforo Descarga Resistência de arranque Eléctrodo deGás inerte de arranque Filamentobaixa Pressão Tubo de descarga Eléctrodo Principal Resistência de Arranque Filamentos de EléctrodosTungsténio (Helicoidais) Principais Casquilho29-11-2011 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Electrónica Analógica Lâmpadas HID Luz Mista (Blended Lamp) Como o próprio nome diz, são lâmpadas compostas de um filamento ligado em série com um tubo de descarga. Funcionam em tensão de rede 230V, sem uso balastro. O filamento de tungsténio vem também substituir o balastro na limitação da corrente em funcionamento normal. São, via de regra, alternativas de maior eficiência para substituição de lâmpadas de incandescência de altas potências. Possui IRC 61 a IRC 63 conforme modelo, cor amarela e eficiência luminosa até 20 a 60 lm/W. Esta lâmpada relativamente à de incandescência: É mais cara. Tem uma eficiência luminosa um pouco mais elevada. Tem um espectro luminoso mais equilibrado. Tem uma vida útil de cerca de cinco vezes maior. È utilizada frequentemente em iluminação interior, em substituição da lâmpada de incandescência.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDLuz Mista (Blended Lamp)A sua eficácia situa-se entre 20 e 60 lm/W e é o resultado da combinação da eficácia duma lâmpada incandescente, com a de uma lâmpada de descarga. Estas lâmpadas oferecem uma boa reprodução de cor com um rendimento em cor de 60 e uma temperatura de cor de 3600º K.A duração vem limitada pelo tempo de vida do filamento que é a principal causa de falha. Com respeito á depreciação do fluxo há que considerar duas causas. Por um lado temos o enegrecimento da ampola por culpa do volfrâmio (ou Tungsténio) evaporado e por outro a perda de eficácia de dos revestimentos fosforescentes. Em general, a vida média se situa em torno das 6.000 horas.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Electrónica Analógica Lâmpadas HID Ampola de VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO Vidro Ampola de Vidro Tubo de Descarga Tubo de Descarga High Pressure Sodium with Optimized RED and BLUE Spectrum Casquilho CasquilhoCor mais agradável e rendimento superior que as lâmpadas de Mercúrio (iluminação vias urbanas).29-11-2011 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃOÉ conhecido desde há muito que o vapor de sódio possibilita uma proporção mais elevada de radiação visível do que o vapor de mercúrio. O tubo de descarga numa lâmpada de vapor de sódio de alta pressão contém um excesso de sódio, para dar condições de saturação do vapor quando a lâmpada funciona.Também é usado um excesso de mercúrio para proporcionar um gás de protecção, e o xénon é incluído, sob baixa pressão, para facilitar o arranque e limitar a condução do arco de descarga para a parede do tubo. O tubo de descarga, feito de óxido de alumínio sintetizado, para resistir à intensa actividade química do vapor de sódio à temperatura de funcionamento de 700ºC., é colocado num invólucro de vidro duro, a vácuo.As lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão emitem energia sobre uma grande parte do espectro visível. Em comparação com as lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão proporcionam uma restituição de cores razoavelmente boa.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Electrónica Analógica VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO Formatos29-11-2011 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO A lâmpada de vapor de sódio de alta pressão começou a ser produzida em escala industrial na década de 60 [7], após a síntese da alumina policristalina ou (PCA) (“policristalline aluminium oxide”). O PCA é um material cerâmico com elevado ponto de fusão, translúcido (coeficiente de transmissão de luz de 95%) e resistente quimicamente ao vapor de sódio sob alta pressão e a temperatura elevada. Em lâmpadas convencionais, o tubo de descarga contém vapor de sódio á pressão de 0.13 atmosferas, vapor de mercúrio á pressão de 0.5 a 2 atmosferas e xénon, que actua como gás de arranque, gerando calor para vaporizar o mercúrio e o sódio. O mercúrio, na forma de vapor e a uma pressão significativamente superior ao sódio, reduz a perda por calor e eleva a tensão de arco da lâmpada O tubo de descarga possui uma secção reduzida, com espaço suficiente para alojar apenas um eléctrodo em cada extremidade. Os eléctrodo, são construtivamente similar ao da lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão. A haste de tungsténio é fixada por solda no interior de um tubo passante de nióbio que funciona como uma camisa e oferece um grau de liberdade para o posicionamento do tubo de descarga no interior Da ampola de vidro.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO Formato Casquilho em Latão Tubo de Descarga Quartzo/Cerâmico (Contém Sódio, Mercúrio e Xénon para o arranque) Preenchimento a vácuo (Isola o tubo de Descarga das variações de temperatura) Ampola de Vidro (com revestimento difusor interior afim de reduzir o brilho) O vidro das lâmpadas HPS é em geral transparente ou apresenta um revestimento de “fósforo” neutro para tornar a superfície difusa, sem alterar a distribuição espectral da luz emitida Para a estabilização da lâmpada, a utilização de balastros indutivos é actualmente a melhor solução sob o aspecto técnico-económico. Para a ignição da lâmpada, aplicam-se pulsos de tensão com amplitude de 1.8 a 5.0 kilovolts e largura de 1μs a 15μs entre os seus eléctrodos.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO  O desenvolvimento destas lâmpadas esperou até á invenção de materiais que não fossem corroídos pelo sódio .Um novo composto de cerâmica com partículas de alumina (safiras sintéticas) passou no teste, embora o material branco leitoso é actualmente 95% transparente. A tensão de arco da lâmpada é fortemente dependente da temperatura e aumenta naturalmente ao longo da sua vida útil. Portanto, as lâmpadas HPS necessitam de luminárias com características geométricas especiais, para limitar o aquecimento do tubo de descarga pela reflexão das componentes infravermelhas do espectro geradas pela lâmpada. Caso contrário, podem ocorrer aumentos anormais da tensão de arco e uma redução significativa da vida útil da lâmpada. Quando se desliga uma lâmpada HPS alimentada por um balastro (reactor indutivo) com ignitor convencional, a sua reignição só é possível após 3 a 7 minutos, intervalo de tempo necessário para o esfriamento da lâmpada.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO  Tem uma elevada eficiência luminosa até 140 lm/W, longa durabilidade e, consequentemente, longos intervalos para reposição, são sem dúvida a garantia da mais económica fonte de luz.  Estas lâmpadas diferem pela emissão de luz branca e dourada, indicada para iluminação de locais onde a reprodução de cor não é um factor importante.  Amplamente utilizadas na iluminação externa, em avenidas, autoestrada, viadutos, complexos viários etc., têm o seu uso ampliado para áreas industriais, siderúrgicas e ainda para locais específicos como aeroportos, estaleiros, portos, ferrovias, pátios e estacionamentos.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 25
  26. 26. Electrónica Analógica Lâmpadas HID: VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO29-11-2011 Por : Luís Timóteo 26
  27. 27. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO CARACTERÍSTICAS:  Rendimento luminoso: 50-150 lm/W.  Vida útil: 16.000 horas.  Perdas de fluxo: 15%  Temperatura de cor: 2000-2500 ºK  Acendimento: 6-5 minutos.  A vida destas lâmpadas é afectada pelas variações de tensão da rede.  Tensões de acendimento da ordem de 2-5 kV. Proporcionada por balastro/arrancador.  Característica intensidade-tensão de arco, positiva.Cor mais agradável que as de baixa pressão e maior rendimento que as de mercúrio. Aplicações: Iluminação pública urbana.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 27
  28. 28. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO Estão disponíveis com rendimentos luminosos até cerca de 120 lm/W, com uma temperatura de cor 1900 a 2500 °K. Tal como na lâmpada de vapor de mercúrio de 400 W, também na de vapor de sódio da mesma potência, metade desta é convertida em radiação. Mas enquanto que a energia da radiação visível obtida é de cerca de 60 W, no caso da descarga de vapor de mercúrio, no caso da de sódio é o dobro: cerca de 120 W. Além disso esta radiação apresenta uma cor amarelo- alaranjada característica, que a torna mais sensível à nossa vista. De um modo geral a iluminação resultante do emprego desta lâmpada causa uma impressão muito mais agradável do que a lâmpada de vapor de mercúrio. Embora o preço da lâmpada de vapor de sódio de alta pressão seja um pouco mais elevado do que a de vapor de mercúrio, o seu elevado rendimento torna-a gradualmente mais solicitada em numerosas aplicações.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 28
  29. 29. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE SÓDIO A BAIXA PRESSÃO Constituição Pontos de Condensação Casquilho Ampola Exterior do Vapor de Sódio(tipo baioneta) (Transparente) Tubo de Descarga (Em forma de U) Eléctrodos29-11-2011 Por : Luís Timóteo 29
  30. 30. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO A BAIXA PRESSÃO As lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão são comparáveis às lâmpadas fluorescentes na forma como são construídas e como funcionam. Neste caso é usado o vapor de sódio em vez do vapor de mercúrio. Isto leva a um conjunto de diferenças essenciais em relação às lâmpadas fluorescentes. Em primeiro lugar é mais difícil o arranque das lâmpadas de vapor de sódio do que as lâmpadas de vapor de mercúrio dado que o estado sólido do sódio, em oposição ao mercúrio liquido, não produz o vapor metálico à temperatura ambiente. No caso das lâmpadas de vapor de sódio o arranque apenas pode ser efectuado com a ajuda de um gás inerte; apenas quando a descarga no gás inerte produz calor suficiente para vaporizar o sódio se iniciará a descarga. As lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão requerem uma tensão de arranque elevada e um tempo de arranque relativamente longo antes de ser atingido o rendimento máximo. Para garantir uma temperatura de funcionamento suficientemente elevada o tubo de descarga é geralmente constituído por um invólucro de vidro dentro da ampola da lâmpada a qual é desenhada para reflectir a radiação infravermelha.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 30
  31. 31. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO A BAIXA PRESSÃO Outra diferença é no tipo de luz que a lâmpada produz. Enquanto que o vapor de mercúrio a baixa pressão excitado produz principalmente radiação ultravioleta, a qual é transformada ei luz visível à custa de substâncias fluorescentes, o vapor de sódio produz luz directamente. O rendimento luminoso destas lâmpadas é tão alto que o tamanho necessário para a lâmpada é consideravelmente menor do que o requerido para as lâmpadas fluorescentes. A mais interessante característica das lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão consiste no seu extremamente elevado rendimento luminoso. Como estas lâmpadas têm uma duração de vida muito longa constituem a fonte de luz mais eficiente e económica. Estas lâmpadas foram portanto sendo substituídas pelas de sódio de alta pressão especialmente no seu principal campo de aplicação: iluminação pública. Estas lâmpadas apenas produzem luz em duas linhas espectrais muito próximas. A luz emitida é monocromática amarela. Devido ao seu carácter monocromático garante uma elevada acuidade visual. A desvantagem óbvia destas lâmpadas consiste na sua restituição de cores extremamente nobre, sendo praticamente nula. É necessária uma combinação de balastro e ignitor para o arranque destas lâmpadas, mas normalmente é utilizado um transformador como dispositivo de arranque e de estabilização da descarga.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 31
  32. 32. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE SÓDIO A BAIXA PRESSÃO Necessitam de um tempo de arranque de alguns minutos e de um pequeno tempo de arrefecimento antes de um re-arranque. Há restrições em relação sua posição de funcionamento.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 32
  33. 33. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE SÓDIO A BAIXA PRESSÃO Tonalidade amarela) AMPOLA EXTERIOR (PROTECÇÃO E FILTRO IR) CUIDADO, TEM POSIÇÃO DE FUNCIONAMENTO! ELÉCTRODOS TUBO DE DESCARGA DOBRADO SÓDIO QUANDO FRIO DEPOSITADO EM FORMA DE Gotículas29-11-2011 Por : Luís Timóteo 33
  34. 34. Electrónica Analógica Lâmpadas HID VAPOR DE SÓDIO A BAIXA PRESSÃO29-11-2011 Por : Luís Timóteo 34
  35. 35. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVAPOR DE SÓDIO A BAIXA PRESSÃO É utilizada em iluminação de estradas, túneis, zonas ao ar livre, etc.Características da lâmpada:  Emite praticamente uma só cor (amarelo – alaranjado).  Não permite a distinção das cores dos objectos que ilumina (fraco índice de restituição de cor).  Tem uma elevada eficiência luminosa (da ordem de 100 – 200 lm/w).  Tem uma vida útil elevada (cerca de 14.000 horas).  Cor: 1700º K.  Sensível a variações de tensão.  Tem um arranque lento, demorando entre 7 a 15 minutos a atingir o funcionamento normal.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 35
  36. 36. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide)29-11-2011 Por : Luís Timóteo 36
  37. 37. Electrónica Analógica Lâmpadas HID: Metal Halide As lâmpadas de vapor de mercúrio e as lâmpadas de vapor de sódio não são apropriadas sempre que seja exigido um elevado índice de restituição de cores. Para tais aplicações foi desenvolvida uma série de lâmpadas de iodetos metálicos como aditivos (Metal Halide). Conforme o tipo de luz emitida estas lâmpadas podem dividir-se em dois grupos: Com emissores atómicos, que produzem radiações sob a forma de algumas ou muitas riscas na região visível do espectro; Com emissores moleculares, que produzem um espectro essencialmente contínuo. As investigações técnicas permitem concluir que pode obter-se uma boa restituição de cores quando a fonte de luz emite radiação nas três cores primárias: vermelho, verde e azul.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 37
  38. 38. Electrónica Analógica Lâmpadas HID: Metal Halide Então introduziu-se no tubo de descarga uma mistura de iodetos de sódio, índio e tálio. O mercúrio mantém-se no tubo de descarga mas pouco contribui para que seja obtida a radiação desejada. O resultado é uma fonte de luz com uma razoável restituição de cores e um rendimento próximo dos 100 lm/W, no caso da lâmpada de 400 W. Devido ao custo de fabricação da lâmpada o seu emprego fica limitado à iluminação exterior por projectores, nomeadamente de estádios e campos desportivos, nos casos em que a restituição de cores assumir uma importância primordial, como acontece por exemplo na transmissão de espectáculos por televisão a cores. Alguns elementos químicos, como o disprósio (Dy), permitem a obtenção de um espectro de riscas múltiplas quando excitados pela descarga. Este fenómeno permite produzir lâmpadas de elevado rendimento e excelentes propriedades de restituição de cores.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 38
  39. 39. Electrónica Analógica Lâmpadas HID: Metal Halide Constituição e funcionamento Raios UV Ampola de Vidro de Pyrex Tubo de Descarga em QuartzoEléctrodos de Tungsténio Luz visível Luz visível Arco Voltaico Eléctrodos de Tungsténio A lâmpada de vapor metálico HPMH (High Pressure Metal Halide) é Mercúrio e sais construtivamente Eléctrodo de arranque Halogéneos semelhante à lâmpada de mercúrio de alta pressão, ou seja, utiliza um tubo de descarga de sílica fundida inserida no interior de uma ampola de quartzo transparente. 29-11-2011 Por : Luís Timóteo 39
  40. 40. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide)As Lâmpadas Metal halide, um grupo da família de lâmpadas HID (high-intensity discharge), produz luz de alta potência tendo em consideração as suas dimensões, fazendo delas um fonte de luz compacta, eficiente, e poderosa. Originalmente criada na segunda metade da década dos anos 60’s, para fins industriais, actualmente disponibilizam numerosos tamanhos e configurações, para aplicações comerciais e residenciais.Tal como a maioria das lâmpadas HID, as lâmpadas metal halide, operam sob alta pressão e temperatura e requerem determinadas características para operarem de forma absolutamente segura. Também são consideradas uma fonte de luz, pelo que normalmente requerem luminárias reflectoras para concentrarem o fico de luz consoante as aplicações.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 40
  41. 41. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide) Constituição Ampola em Pyrex Resistente ao choque Gases especiais de térmico Preenchimento Mercúrio árgon e néon, e ainda Tubo de descarga com sódio e tálio. em quartzo Suporta a alta temperatura de operação com terminais em cerâmica para control de temperatura Eléctrodos Helicoidais Separam os eléctrodos de arranque com um switch bi- metálico Eléctrodo de arranque Suportes de aço niquelado Resistência ao choque e vibração Casquilho Bronze/Níquel Para bom contacto eléctrico e resistência á corrosão29-11-2011 Por : Luís Timóteo 41
  42. 42. Electrónica Analógica Vapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide) Lâmpadas a Vapor Metálico e Multivapores Metálico: emitem luz branca, são mais eficientes que as de vapor de mercúrio e têm maior variedade de tonalidades de cor. o tubo de descarga é preenchido com mercúrio de alta pressão e é uma mistura de vapores de árgon e néon, e ainda com sódio e tálio. Estas lâmpadas possuem IRC de 75 a 96%, baixo consumo de energia e grande diversidade de formatos e potências. São utilizadas principalmente para iluminação de interiores e, principalmente, para iluminação de monumentos, outdoors, etc.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 42
  43. 43. Electrónica Analógica Vapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide) Os tubos de Descarga das lâmpadas “Metal halide” (MH) são feitos de quartzo ou de cerâmica. Os tubos de Cerâmica permitem que o tubo funcione a mais altas temperaturas, que segundo os fabricantes garante melhor eficácia, reprodução e estabilidade de cores…29-11-2011 Por : Luís Timóteo 43
  44. 44. Electrónica Analógica Vapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide) Tubo de Descarga: Tecnologia Probe-Start Eléctrodo Principal  As lâmpadas (MH) tradicionais usam tecnologia probe-start. O Tubo de Descarga apresenta três eléctrodos: um eléctrodo auxiliar de arranque e dois eléctrodos principais. Para acender a lâmpada, é criada uma descarga através do pequeno espaço entre o eléctrodo de arranque Tubo de Descarga (chamado starter electrode) e o eléctrodo principal, iniciando-se o arranque da lâmpada. Os electrões então saltam através do arco para o eléctrodo principal iniciando- se o arranque da lâmpada. Uma vez conseguido o arranque um contacto bimetálico remove o eléctrodo de arranque do circuito… Eléctrodo Principal Eléctrodo de arranque29-11-2011 Por : Luís Timóteo 44
  45. 45. Electrónica Analógica Vapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide)Tubo de Descarga: Tecnologia Pulse-Start As lâmpadas MH com tecnologia “pulse start” não têm o eléctrodo auxiliar de arranque. Em vez disso têm um arrancador de alta voltagem que funciona em conjuntos com o balastro para o arranque da lâmpada através de uma série de impulso de alta tensão (tipicamente 3 a 5 kilovolts). Sem o eléctrodo de arranque a área de terminação do tubo e de selagem é menor, o que faz com que haja menores perdas de calor. Com o uso de um arrancador (ignitor) também reduz a detiorização do tungsténio dos eléctrodos durante o arranque, o que contribui para o aumento da vida da lâmpada. eléctrodo Eléctrodo Tubo de Descarga Escudo de Protecção Eléctrodo Tubo do arco eléctrodo Um dos problemas das lâmpadas MH é que o tubo de descarga pode simplesmente explodir devido ás altas pressões e temperatura, assim alguns tubos de descarga têm uma protecção!....29-11-2011 Por : Luís Timóteo 45
  46. 46. Electrónica Analógica Vapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide) Balastros Projector Tal com as outras lâmpadas HID, as lâmpadas MH precisam de um balastro, para fornecer o a tensão de arranque e o controlo da corrente durante o seu funcionamento. Os balastro magnéticos tradicionais são normalmente volumosos e pesados. Pelo que muito fabricantes estão actualmente Balastro oferecendo balastros do estado sólido (electrónicos), conseguindo simultaneamente melhores performances num conjunto menos volumoso e mais leve. Os balastros electrónicos usam e tecnologia “pulse-start” especialmente para sistemas de pequena potência ( até 150W). Fontes de alimentação tipo Delta usam-se para sistemas de potência superior incorporam balastro electrónicos de alta frequência (cerca de 100kHz) uma vez que o arranque destas lâmpadas é sempre destrutivo devido ao desgaste dos eléctrodos (sputtering), conseguindo assim um arranque mais rápido e um funcionamento da lâmpada mantendo a sua eficiência e estabilidade do funcionamento e prolongando sua vida útil em relação aos balastros magnéticos convencionais e aumentando também o nível de regulação de brilho até 33% da potência total, mantendo a eficiência!... 29-11-2011 Por : Luís Timóteo 46
  47. 47. Electrónica Analógica Lâmpadas HID: Vapores Metálicos e Multivapores Tecnologia (Ceramic Metal Halide) Tubo de Descarga trabalha a temperaturas mais altas e é mais resistente á corrosão do sódio e melhor performance. Constituição e funcionamento Ligações moleculares a Tubo de Descarga alta temperatura cerâmico Polycrystalline Alumina (PCA) Construção mais precisa Cristal formando uma peça única Usam também a Tecnologia Pulse-start que foi desenvolvida para aumentar a duração da vida e a eficácia das lâmpadas high-pressure sodium (HPS) e as características de cor das lâmpadas MH.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 47
  48. 48. Electrónica Analógica Lâmpadas HID: Vapores Metálicos e Multivapores (Tecnologia Ceramic Metal Halide) Tubo de Descarga trabalha a temperaturas mais altas e resistente á corrosão do sódio e melhor performance. Também aqui acontece um fenómeno similar ao das lâmpadas incandescente de Halogéneo… Tubo de Descarga: Constituição e funcionamento Eléctrodos com (Hg+Iodetos Metálicos) ThO2 Câmara do arco Selante Terminal eléctrico 650ºC 1000ºC 1050ºC Ciclo Halogéneo: Descarga: T>1500ºK Formação de Alta temperatura Haleto e HgI2 Haleto não condensa29-11-2011 Por : Luís Timóteo 48
  49. 49. Electrónica Analógica Lâmpadas HID Vapores Metálicos e Multivapores(Ceramic Metal Halide)Os modelos mais comuns são do tipo lapiseira,O tubo de descarga contém vapor de mercúrio, um gás para ignição (árgon) e haletos metálicos. A temperatura de vaporização dos metais é em geral superior à máxima temperatura suportável pelo material do tubo de descarga. Já o metal na forma de um haleto vaporiza a uma temperatura significativamente inferior.Geralmente utilizam-se iodetos, pois são quimicamente menos reactivos. A adição de metais introduz limites no espectro que melhoram as características de reprodução de cores da lâmpada. Um ciclo regenerativo similar ao das lâmpadas incandescentes halogéneas ocorre nas lâmpadas HPMHApresentam altíssima eficiência energética e excelente índice de reprodução de cor. Com uma luz, extremamente branca e brilhante, realça e valoriza espaços e ilumina com intensidade, além de apresentar longa durabilidade e baixa carga térmica.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 49
  50. 50. Electrónica Analógica Vapores Metálicos e Multivapores ( Metal Halide)29-11-2011 Por : Luís Timóteo 50
  51. 51. Electrónica Analógica Lâmpadas HIDVapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide)29-11-2011 Por : Luís Timóteo 51
  52. 52. Electrónica Analógica Lâmpadas HID Metal Halide Vantagens: Funcionamento similar ao das lâmpadas de halogéneo de filamentos; Ampla variedade de cores, dimensão e potência (250-2000W); Melhor eficácia que outras lâmpadas HID: até 100 lumen/Watt; Necessita de um impulso de alta voltagem mas alguns modelos têm um terceiro eléctrodo para arranque;  Boa reprodução de cores IRC (>70%) (Color rendering index), especialmente nas cerâmicas;  Temperatura de cor: 3000 – 6000º K; Duração: 6.000 – 20.000 horas. Desvantagens: - Necessidade de equipamentos auxiliares (reactor e ignitor); - Redução do fluxo luminoso durante a vida útil (de 30 a 50%); - Variações na TCC durante sua vida; - Sensíveis a variações de tensão maior que 5%.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 52
  53. 53. Electrónica Analógica Lâmpadas HID Metal HalideSão utilizadas para iluminar vias públicas, jardins, praças, estacionamentos, Ideais para shopping centers, lojas, vitrinas, hotéis, stands, museus, galerias, jardins, fachadas e monumentos etc;29-11-2011 Por : Luís Timóteo 53
  54. 54. Electrónica Analógica Vapores Metálicos e Multivapores (Metal Halide) De todas as lâmpadas de Descarga de Alta Intensidade (HID), a família das lâmpadas de vapores metálicos (Metal halide family lamps) tem o futuro mais brilhante. Estas lâmpadas oferecem muito mais alta eficiência do que as de vapores de Mercúrio, e melhor qualidade de luz que as de vapores de Mercúrio ou que as lâmpadas de Sódio. Porém, têm limitações históricas:  Demoram cerca de 5 minutos para arrancar e cerca de 20 minutos para reignição.  O Controlo de luminosidade (dimming) só se pode fazer até 50% do máximo.  Não são muito económicas sob controlo de luminosidade.  Pode variar de cor cerca de 400ºK.  Podem explodir e emitem um certa quantidade de radiação ultravioletas (UV).  Finalmente, as lâmpadas, metal halide, são razoavelmente caras devido á sua complexa fabricação.29-11-2011 Por : Luís Timóteo 54
  55. 55. Electrónica Analógica Características das lâmpadas HID Lâmpada Vapor de Lâmpada Metal Lâmpada Sódio Alta (MV) Halide (MH) Pressão (HPS) Wattage 40W a 1.000 W 32W a 1.500 W 35W a 1.000 W Eficácia 25 a 50 lm/W 46 a 100 lm/W 50 a 124 lm/W para incluindo perdas de incluindo perdas de lâmpadas maiores. Balastro. Balastro. Tempo de Vida Mais de 24.000 3.500 a 20.000 Excedem 24.000 horas. horas. horas Reprodução CRI 50 para CRI’s de 65 to 70%. CRI 22 (usado onde de Cores (CRI) revestimentos de cor não é uma fósforo. prioridade). Temperatura Sem revestimento 3.000 to 4.400º K 1.900 to 2.100ºK. de Cor 5.700º K. Lumens Perde de 25 a 40% Perde 20% depois Perde 20% depois linearidade depois das 12.000 h. 12.000 h. 18.000 h. Controlo Razoável. Boa. Boa. Óptico Usos típo Iluminação Jardim… Shopping ….. Armazéns, Pública….29-11-2011 Por : Luís Timóteo 55
  56. 56. Electrónica Analógica Eficiência das lâmpadas HID29-11-2011 Por : Luís Timóteo 56
  57. 57. Electrónica Analógica Bibliografia:29-11-2011 Por : Luís Timóteo 57

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