Lámparas de sodio: diseño, principio de funcionamiento, tipos, aplicación.

Los diseños de las primeras luces fueron bastante primitivos. Consistían en dos electrodos, entre los cuales se quemaba una descarga de arco. Hubo dos inconvenientes significativos en estos diseños: debido al agotamiento, los electrodos necesitaban un ajuste constante y el espectro de radiación capturaba una porción significativa de la radiación ultravioleta. Por lo tanto, las lámparas incandescentes, y más tarde las lámparas de sodio ocuparon muy rápidamente sus nichos en la iluminación de habitaciones y calles.

Para ser justos, debo decir que incluso estos dispositivos de iluminación aún compiten con las marcas de lámparas LED más económicas.

Pero hay áreas en las que el uso de bombillas de sodio será una prioridad durante mucho tiempo. El optimismo agrega un alto flujo a lámparas de descarga, duración de operación e indicadores de alta eficiencia de estos dispositivos.

Diseño y principio de funcionamiento.

La acción de la lámpara de descarga de sodio se basa en la propiedad del vapor de sodio, capaz de emitir luz brillante monocromática en el espectro amarillo-naranja. Esta sustancia gaseosa está encerrada en un matraz especial (tubo) llamado quemador. Como el vapor de sodio calentado a alta temperatura actúa agresivamente sobre las superficies de vidrio, el tubo hecho de sustancias más estables: vidrio de borosilicato o alúmina policristalina (dependiendo de tipo de lámpara).

A cada lado del quemador hay electrodos diseñados para crear descargas de arco que calientan el vapor de sodio. Este diseño está alojado en un matraz de vidrio al vacío que termina con una base roscada.

Es apropiado señalar aquí que hay dos tipos de tales dispositivos de iluminación: NLND (baja presión) y NLVD (alta presión). El diseño descrito anteriormente da una idea general de la construcción de lámparas de descarga de sodio de ambos tipos. Estas lámparas difieren en el diseño de los quemadores y la presión de vapor de trabajo dentro de los tubos.

En lámparas de sodio de baja presión, su valor no excede de 0.2 Pa, y en NLVD - aproximadamente 10 kPa. En consecuencia, las temperaturas de trabajo de los vapores de sodio también difieren: 270–300 ° С para NLND y 650–750 ° С en quemadores de alta presión. A partir de esto, está claro que los quemadores NLVD tienen niveles bastante altos de flujos de luz, es decir, brillan bastante.

No hay nada sorprendente en el hecho de que las lámparas de sodio de alta presión desplazaran gradualmente del mercado las luminarias de tipo NLND. Aunque el espectro de luz correspondiente a baja presión es más agradable a la vista, los quemadores NLND dieron paso a modelos más potentes con una emisión de luz bastante alta.

Dada esta circunstancia, nos centraremos en las lámparas de tipo NLVD. El diseño de dicha fuente de luz se muestra en la Figura 1. Aquí hay un diagrama de una lámpara tubular DNaT.

Los números indican:

• 1 - matraz externo;
• 2 - base niquelada;
• 3 - placas de contacto;
• 4 - tubo de descarga de gas (quemador);
• 5 - electrodos de molibdeno;
• 6 - vapor de sodio mezclado con gases inertes (argón o xenón);
• 7 - amalgama de sodio;
• 8 - entrada de niobio sellada;
• 9 - conductores metálicos;
• 10 - placas de molibdeno;
• 11 - captadores (captadores).

En la fig. 2 muestra una foto de una lámpara de sodio de este tipo.

Los matraces de las lámparas de sodio son cilíndricos (como en la Figura 2), elípticos, recubiertos por dentro con una capa delgada de sustancia dispersante de luz (DNaS). Pueden ser esmerilados (DNaMT) o contener un reflector de espejo al lado del quemador (DNaZ).

Principio de acción.

El encendido del quemador de la lámpara de sodio proviene de un arco eléctrico que surge entre los electrodos. En el canal de la descarga eléctrica, se forma una corriente de partículas cargadas del vapor de sodio. Estrictamente hablando, dentro del tubo de descarga de gas no hay sodio puro, sino una mezcla de gases. Para una mejor ignición del arco agregue argón o xenón o vapor de mercurio.

Las luminarias sin mercurio ya existen en la actualidad. Hasta ahora tienen un diseño más complejo, pero el desarrollo está en curso y probablemente algún día reemplazarán las lámparas de mercurio convencionales.

Después de que se aplica un alto voltaje de pulso a los cátodos, se produce la ignición del NLVD. Por un momento, la lámpara brilla tenuemente. Después de aproximadamente 7 a 10 minutos, después de que el vapor de sodio se haya calentado a la temperatura de funcionamiento, la lámpara pasa al modo de salida de luz máxima.

El principio de funcionamiento es similar al funcionamiento de las lámparas de mercurio, pero para encender una luminaria llena de vapor de sodio, se requiere un pulso de mayor voltaje que para encender DRL. Después de calentar el quemador, las corrientes de pulso deben ser limitadas. Por lo tanto, para este tipo de accesorios de iluminación, los fabricantes de NLVD desarrollaron balastos especiales con dispositivos de encendido por pulsos incorporados. Sin el uso de un IZU, es imposible encender una lámpara de sodio conectándola directamente a la red eléctrica.

Clasificación de lámparas de sodio.

Como se señaló anteriormente, las lámparas de sodio son de dos tipos: NLND y NLVD. También se pueden clasificar por el tipo de matraz, la composición de las impurezas y la potencia de radiación. Dado que la presión de vapor de sodio afecta directamente la salida de luz de la lámpara, revisaremos brevemente las luminarias con precisión en este parámetro.

Baja presión (NLND)

El primero apareció NLND (baja presión en el quemador). Proporcionan una baja reproducción del color, pero tienen un espectro agradable de radiación para los humanos. Fueron utilizados masivamente en los años 30 del siglo pasado. Las lámparas de baja presión se pueden encontrar hoy en día, pero son reemplazadas por lámparas de sodio más avanzadas, en las que nos detendremos con más detalle.

Alta presión (NLVD)

La alta eficiencia de NLVD los ha convertido en líderes entre otras fuentes de luz de descarga de gas. La eficiencia luminosa de tales lámparas alcanza 150 lúmenes / vatio. Pueden trabajar hasta 28500 horas. Es cierto que al final de su vida útil, su salida de luz disminuye y el color cambia al lado rojo del espectro.

Para una serie de parámetros, NLVD supera la calidad de las lámparas fluorescentes que emiten resplandor frío y lámparas de halogenuros metálicos que consumen mucha electricidad. Entre las fuentes modernas de luz eléctrica hay pocas luminarias que pueden hacer que una lámpara de sodio sea digna de competencia.

Ventajas y desventajas.

Las ventajas de las lámparas de sodio son las siguientes:

• rentabilidad de lámparas tubulares;
• largo plazo de operación;
• estabilidad de los parámetros eléctricos durante casi toda la vida útil;
• tonos cálidos de radiación de sodio (ver fig. 3);
• Un rango bastante amplio de temperaturas a las cuales las lámparas de sodio funcionan de manera estable, desde –60 hasta +40 grados Celsius.

Desafortunadamente, hay desventajas que limitan el alcance de NLVD:

• la frecuencia molesta de la luz parpadeante;
• inercia cuando se enciende;
• explosividad de NLVD;
• la presencia de contenido de mercurio en la mayoría de los modelos;
• la radiación resonante se debilita durante la operación;
• aumento en el consumo de energía cerca del final de su vida útil;
• la necesidad de usar balastos para conectar lámparas.

Los balastos a veces son una fuente de ruido y consumen hasta el 60% del consumo de energía. También requieren mantenimiento adicional.

A pesar de la presencia de las desventajas anteriores, en algunas áreas donde la reproducción del color de la fuente de luz no es significativa, el uso de NLVD es muy beneficioso y, en algunos casos, simplemente insustituible.

Campo de aplicación

La luz amarillo-naranja de los dispositivos de iluminación es agradable a la vista, pero su monocromaticidad amortigua los colores de los colores interiores. Por lo tanto, las lámparas de sodio no se utilizan en locales residenciales como dispositivo de iluminación principal. Solo pueden servir como elementos de iluminación decorativa.

La Figura 3 muestra una foto de dicha retroiluminación:

Los estudios han demostrado que la luminiscencia amarilla tiende a influir beneficiosamente en el desarrollo de las plantas. Al mismo tiempo, su crecimiento se intensifica y aumenta la productividad. En verano, la vegetación recibe tal iluminación de la luz solar. Pero en los invernaderos donde se cultivan vegetales en invierno, la luz solar claramente no es suficiente. NLVD es ideal para estos fines (ver Figura 4).

El uso de lámparas de sodio para iluminar invernaderos no solo aumenta la productividad, sino que también ahorra energía.

Presta atención a la luz monocromática de las lámparas de sodio. El color apagado de las plantas indica que casi toda la luz de las lámparas se gasta en la producción de clorofila.

La monocromaticidad es muy útil en el alumbrado público. Tal luz no se dispersa en la niebla. El uso de farolas para el alumbrado de carreteras puede mejorar la seguridad del tráfico. Las zonas de parque y los senderos con alumbrado público basado en NLVD, que tienen un espectro de luz amarillo, aumentan la comodidad de los turistas por la noche.

Con menos frecuencia, estas luminarias se utilizan en locales industriales (generalmente en almacenes), así como en el diseño de carteles publicitarios y decoraciones.

Conexión

Dado que se requiere un alto voltaje de pulso (a veces hasta 1000 V) para prender fuego al quemador, esto complica el cableado de las lámparas de sodio. Tenemos que usar equipo adicional. Los balastos para NLVD son de dos tipos: EMR (electromagnéticos) y balastos (electrónicos).

Las IZU se conectan en paralelo al circuito de la lámpara, y las bobinas se conectan en serie, a veces a través de un dispositivo de encendido por impulsos.

La Figura 6 muestra la conexión de la NLVD.

Preste atención a cómo están conectados el acelerador (balasto) y el IZU.

Tenga en cuenta que para la auto conexión, debe cumplir con el requisito: la longitud del cable desde el inductor hasta la base de la lámpara no debe exceder los 100 cm.

Algunos fabricantes extranjeros suministran al mercado dispositivos de iluminación de sodio con dispositivos de arranque integrados en la bombilla de la lámpara.

Consideraciones de seguridad y eliminación

Los riesgos en el funcionamiento de las lámparas de sodio están asociados con la alta presión y temperatura dentro del quemador. Incluso la superficie del matraz se calienta hasta 100 ° C y puede causar quemaduras si se maneja descuidadamente. Existe la posibilidad de que el matraz explote bajo la influencia de gases calientes que escapan del quemador.

Para protegerse contra las consecuencias de la destrucción, se fabrican lámparas en las que las lámparas están detrás de un vidrio grueso. Presta atención al diseño. accesorios de alumbrado público (fig. 5).

Debido a la presencia de mercurio en las lámparas de sodio, se aplican requisitos especiales para su eliminación. Los electrodomésticos usados ​​no se deben tirar a la basura. Deben enviarse a empresas especiales para su eliminación y procesamiento.

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