Lâmpadas de sódio: design, princípio de funcionamento, tipos, aplicação

Os desenhos das primeiras luzes eram bastante primitivos. Eles consistiam de dois eletrodos, entre os quais uma descarga de arco queimava. Havia duas desvantagens significativas nesses projetos: devido ao burnout, os eletrodos precisavam de ajustes constantes, e o espectro de radiação capturava uma parte significativa da radiação ultravioleta. Portanto, lâmpadas incandescentes e lâmpadas de sódio mais recentes ocupavam rapidamente seus nichos na iluminação de quartos e ruas.

Para ser justo, devo dizer que mesmo esses dispositivos de iluminação ainda competem com marcas de lâmpadas LED mais econômicas.

Mas há áreas onde o uso de lâmpadas de sódio será uma prioridade por muito tempo. Otimismo acrescenta um alto fluxo para lâmpadas de descarga, duração da operação e indicadores de alta eficiência desses dispositivos.

Design e princípio de funcionamento

A ação da lâmpada de descarga de sódio é baseada na propriedade do vapor de sódio, capaz de emitir luz brilhante monocromática no espectro amarelo-laranja. Esta substância gasosa é incluída em um frasco especial (tubo) chamado queimador. Como o vapor de sódio aquecido a alta temperatura atua de forma agressiva nas superfícies de vidro, o tubo feita de substâncias mais estáveis ​​- vidro borossilicato ou alumina policristalina (dependendo da tipo de lâmpada).

Em cada lado do queimador estão eletrodos projetados para criar descargas de arco que aquecem o vapor de sódio. Este design está alojado num balão de vidro a vácuo que termina com uma base roscada.

É apropriado notar aqui que existem dois tipos de dispositivos de iluminação: NLND (baixa pressão) e NLVD (alta pressão). O projeto descrito acima dá uma idéia geral da construção de lâmpadas de descarga de sódio de ambos os tipos. Estas lâmpadas diferem no design dos queimadores e na pressão de vapor de trabalho no interior dos tubos.

Em lâmpadas de sódio de baixa pressão, seu valor não excede 0,2 Pa, e em NLVD - cerca de 10 kPa. Correspondentemente, as temperaturas de trabalho dos vapores de sódio também diferem: 270–300 ° С para NLND e 650–750 ° С em queimadores de alta pressão. A partir disso, fica claro que os queimadores NLVD têm níveis bastante altos de fluxos de luz, ou seja, brilham intensamente.

Não há nada de surpreendente no fato de que as lâmpadas de sódio de alta pressão gradualmente deslocaram as luminárias do tipo NLND do mercado. Embora o espectro de luz correspondente à baixa pressão seja mais agradável aos olhos, os queimadores NLND deram lugar a modelos mais potentes com uma emissão de luz bastante alta.

Dada esta circunstância, vamos nos concentrar nas lâmpadas do tipo NLVD. O design dessa fonte de luz é mostrado na Figura 1. Aqui está um diagrama de uma lâmpada tubular DNaT.

Os números indicam:

• 1 - frasco externo;
• 2 - base niquelada;
• 3 - placas de contato;
• 4 - tubo de descarga de gás (queimador);
• 5 - eletrodos de molibdênio;
• 6 - vapor de sódio misturado com gases inertes (argônio ou xenônio);
• 7 - amálgama de sódio;
• 8 - entrada de nióbio selada;
• 9 - condutores de metal;
• Placas de 10 - molibdênio;
• 11 - getters (getters).

Na fig. 2 mostra uma foto de uma lâmpada de sódio deste tipo.

Os frascos de lâmpadas de sódio são cilíndricos (como na Figura 2), elípticos, revestidos internamente com uma fina camada de substância dispersora de luz (DNaS). Eles podem ser foscos (DNaMT) ou conter um refletor de espelho ao lado do queimador (DNaZ).

Princípio da ação

A ignição do queimador de lâmpadas de sódio vem de um arco elétrico que surge entre os eletrodos. No canal da descarga elétrica, um fluxo de partículas carregadas do vapor de sódio é formado. Estritamente falando, dentro do tubo de descarga de gás não é sódio puro, mas uma mistura de gases. Para uma melhor ignição do arco, adicione argônio ou xenônio ou vapor de mercúrio.

As luminárias sem mercúrio já existem hoje. Eles têm um projeto mais complexo até agora, mas o desenvolvimento está em andamento e provavelmente substituirão um dia as lâmpadas convencionais de mercúrio.

Depois que uma alta voltagem de pulso é aplicada aos cátodos, ocorre a ignição do NLVD. Por um tempo, a lâmpada brilha vagamente. Após cerca de 7 a 10 minutos, após o vapor de sódio ter aquecido até à temperatura de funcionamento, a lâmpada entra no modo de saída de luz máxima.

O princípio de funcionamento é semelhante ao funcionamento das lâmpadas de mercúrio, mas para ligar uma luminária com vapor de sódio, é necessário um impulso de tensão mais elevado do que ligar DRL. Depois de aquecer o queimador, as correntes de pulso devem ser limitadas. Portanto, para este tipo de luminárias, os fabricantes da NLVD desenvolveram reatores especiais com dispositivos de ignição de pulso incorporados. Sem o uso de uma IZU, é impossível acender uma lâmpada de sódio conectando-a diretamente à rede elétrica.

Classificação de lâmpadas de sódio

Como observado acima, as lâmpadas de sódio são de dois tipos: NLND e NLVD. Eles também podem ser classificados pelo tipo de frasco, pela composição de impurezas e pelo poder de radiação. Como a pressão de vapor do sódio afeta diretamente a saída de luz da lâmpada, revisaremos as luminárias precisamente neste parâmetro.

Pressão baixa (NLND)

O primeiro apareceu NLND (baixa pressão no queimador). Eles fornecem baixa renderização de cor, mas têm um espectro agradável de radiação para os seres humanos. Eles foram usados ​​massivamente nos anos 30 do século passado. Lâmpadas de baixa pressão podem ser encontradas hoje, mas elas são substituídas por lâmpadas de sódio mais avançadas, que serão abordadas com mais detalhes.

Alta pressão (NLVD)

A alta eficiência do NLVD tornou-os líderes entre outras fontes de luz de descarga de gás. A eficiência luminosa dessas lâmpadas atinge 150 lumens / watt. Eles podem trabalhar até 28500 horas. É verdade que, ao final de sua vida útil, a saída de luz diminui e a cor muda para o lado vermelho do espectro.

Para vários parâmetros, o NLVD supera a qualidade das lâmpadas fluorescentes que emitem lâmpadas de brilho frio e de iodetos metálicos que consomem muita eletricidade. Entre as fontes de luz elétrica modernas, há poucas luminárias que podem fazer uma lâmpada de sódio digna de competição.

Vantagens e desvantagens

As vantagens das lâmpadas de sódio são as seguintes:

• rentabilidade das lâmpadas tubulares;
• longo prazo de operação;
• estabilidade dos parâmetros elétricos durante quase toda a vida útil;
• tons quentes de radiação de sódio fig. 3);
• uma faixa bastante ampla de temperaturas nas quais as lâmpadas de sódio operam de forma estável - de -60 a +40 graus Celsius.

Infelizmente, existem desvantagens que limitam o escopo do NLVD:

• a irritante frequência da luz bruxuleante;
• inércia quando ligado;
• explosividade do NLVD;
• a presença de teor de mercúrio na maioria dos modelos;
• a radiação ressonante enfraquece durante a operação;
• aumento no consumo de energia chegando ao final de sua vida útil;
• a necessidade de usar reatores para conectar lâmpadas.

Às vezes, os reatores são uma fonte de ruído e consomem até 60% do consumo de energia. Eles também exigem manutenção adicional.

Apesar da presença das desvantagens acima, em algumas áreas onde a reprodução de cores da fonte de luz não é significativa, o uso de NLVD é muito benéfico e, em alguns casos, simplesmente insubstituível.

Campo de aplicação

A luz amarelo-laranja dos dispositivos de iluminação é agradável aos olhos, mas sua monocromática abafa as cores das cores interiores. Portanto, as lâmpadas de sódio não são usadas em instalações residenciais como o principal dispositivo de iluminação. Eles podem servir apenas como elementos de iluminação decorativa.

A Figura 3 mostra uma foto dessa luz de fundo.

Estudos demonstraram que a luminescência amarela tende a influenciar beneficamente o desenvolvimento das plantas. Ao mesmo tempo, seu crescimento se intensifica e a produtividade aumenta. No verão, a vegetação recebe essa iluminação da luz solar. Mas nas estufas onde os vegetais são cultivados no inverno, a luz do sol claramente não é suficiente. O NLVD é ideal para esses fins (veja figura 4).

O uso de lâmpadas de sódio para iluminação de estufas não apenas aumenta a produtividade, mas também economiza energia.

Preste atenção à luz monocromática das lâmpadas de sódio. A cor abafada das plantas indica que quase toda a luz das lâmpadas é gasta na produção de clorofila.

A monocromaticidade é muito útil na iluminação pública. Essa luz não está espalhada no nevoeiro. O uso de iluminação pública para iluminação de rodovias pode melhorar a segurança no trânsito. Zonas e caminhos de parques com iluminação pública baseada em NLVD, que possuem um espectro de luz amarelo, aumentam o conforto dos turistas à noite.

Menos comumente, essas luminárias são usadas em instalações industriais (geralmente em armazéns), bem como no design de letreiros e decorações de publicidade.

Conexão

Como uma tensão de pulso alta (às vezes até 1000 V) é necessária para incendiar o queimador, isso complica a fiação das lâmpadas de sódio. Temos que usar equipamentos adicionais. Os reatores para NLVD são de dois tipos: EMR (eletromagnético) e reatores (eletrônicos).

A IZU é conectada em paralelo ao circuito da lâmpada e as bobinas são conectadas em série, às vezes através de um dispositivo de ignição por pulso.

A Figura 6 mostra a conexão do NLVD.

Preste atenção em como o acelerador (reator) e a IZU estão conectados.

Observe que, para a conexão automática, você deve cumprir o requisito: o comprimento do fio do indutor à base da lâmpada não deve exceder 100 cm.

Alguns fabricantes estrangeiros fornecem dispositivos de iluminação de sódio com dispositivos de partida integrados no bulbo da lâmpada para o mercado.

Considerações de segurança e descarte

Os riscos na operação das lâmpadas de sódio estão associados à alta pressão e temperatura dentro do queimador. Até a superfície do balão aquece até 100 ° C e pode causar queimaduras se for manuseada com cuidado. Existe a possibilidade de o balão estourar sob a influência de gases quentes que escapam do queimador.

A fim de proteger contra as consequências da destruição, são feitas lâmpadas nas quais as lâmpadas estão atrás de vidro grosso. Preste atenção ao design luminárias de iluminação pública (fig. 5).

Devido à presença de mercúrio nas lâmpadas de sódio, requisitos especiais se aplicam à sua eliminação. Aparelhos usados ​​não devem ser descartados em lixeiras. Eles devem ser enviados para empresas especiais para descarte e processamento.

Vídeo além do artigo