Le lampade a scarica a catodo freddo, conosciute anche come “lampade al neon”, nascono, storicamente nel 1910 in Francia dove Georges Claude costruisce la prima lampada al neon.
Si tratta di lampade nelle quali la luce è prodotta, direttamente o indirettamente, da una scarica attraverso un gas o un vapore di metallo. L’accensione avviene senza preriscaldo degli elettrodi. La luce viene emessa attraverso due fenomeni fisici distinti: la fluorescenza, affidata alle polveri fluorescenti depositate sulla parete interna dell’involucro in vetro della lampada e la luminescenza, affidata al gas presente nella lampada.
Le lampade a scarica a catodo freddo sono di costruzione sostanzialmente artigianale a partire da prodotti industriali standardizzati; per tale ragione è possibile costruire lampade di ogni forma e dimensione.
Le lampade a scarica a catodo freddo sono caratterizzate da una corrente nominale, devono essere collegate in serie tra loro ed alimentate da appositi alimentatori di tipo ferromagnetico od elettronico in grado di stabilizzare l’arco all’interno della lampada. Per l’installazione far riferimento alle norme europee EN 50107-1.
Correnti nominali di lampada
Sono disponibili lampade con diverse correnti nominali. La scelta della corrente nominale condiziona l’intensità luminosa della lampada. Come criterio generale, a parità di lampada, maggiore è la corrente di lampada e maggiore sarà il flusso luminoso emesso. Mentre lampade con correnti nominali elevate possono funzionare a correnti inferiori, l’utilizzo di lampade con correnti nominali basse a correnti maggiori ne provocherà un rapido degrado. E’ sconsigliabile anche l’uso, ancorché possibile, di lampade con correnti nominali elevate a correnti significativamente più basse delle nominali.
| valori standard |
| 18 mA |
| 25 mA |
| 35 mA |
| 50 mA |
| 75 mA |
| 100mA |
| 150 mA |
| 200 mA |
Posizione e forma degli elettrodi
Nella costruzione possono essere impiegati:
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| • elettrodi diritti in testa | • elettrodi ripiegati a 90° | • elettrodi ripiegati a 180° |
La scelta è funzione delle condizioni di installazione. Si ricorda l’obbligo di proteggere le connessioni con coprielettrodi in materiale isolante.
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Diametri delle lampade
Le lampade a scarica a catodo freddo possono essere costruite in diversi diametri commerciali in funzione delle esigenze installative. I diametri standard presenti sul mercato sono:
| 6 mm | 8 mm | 10 mm | 12 mm | 13 mm | 15 mm | 18 mm | 20 mm | 22 mm | 25 mm | 38 mm |
Cavi
Le lampade a scarica a catodo freddo devono essere collegate utilizzando cavi conformi alla norma EN 50143 e rispettando le lunghezze massime consigliate. Particolare attenzione deve essere posta nella scelta della tensione di isolamento del cavo, in funzione del trasformatore o convertitore utilizzato e della tipologia di isolante impiegato in funzione del tipo di posa. La discriminante è la posa protetta o non protetta.
Supporti
Le lampade a scarica a catodo freddo devono essere fissate per mezzo di adatti supporti che isolino il tubo della lampada da qualunque parte conduttrice: dovranno quindi essere supporti in materiale isolante o supporti in materiale conduttori isolati rispetto al resto del manufatto. Sono consigliati supporti che assicurino alla lampada almeno un gradi di libertà soprattutto nelle installazioni soggette a forti sbalzi termici (quindi soggette a dilatazioni) o
a vibrazioni.
Particolare attenzione deve essere posta nel rispetto delle distanze minime di installazione tra tubo in vetro e superficie di montaggio, che deve essere tanto maggiore quanto maggiore è la tensione di funzionamento del sistema (i riferimenti numerici sono contenuti nella citata norma EN 50107-1). Allo scopo, per ciascun tipo di supporto è disponibile una diversa varietà di misure, alcuni tipi di supporto sono regolabili in altezza. Le altezze standard vanno da 25 mm a 150 mm con passi di 5 mm per i valori più usati e 10 mm per gli estremi di gamma.
Colori
Il colore della luce emessa dalle lampade a scarica a catodo freddo dipende dal tipo di fosfori impiegati per la polveratura del tubo fluorescente e dal tipo di vetro utilizzato per la realizzazione del tubo.
Tutte le tonalità del bianco sono normalmente ottenute utilizzando diverse miscele di fosfori su tubi trasparenti, alcuni colori primari sono ottenuti impiegando opportuni fosfori su tubi trasparenti (ad esempio il verde) altri sono ottenuti impiegando vetri colorati in pasta aventi funzione di filtro.
Anche la scelta del gas utilizzato nella lampada modifica il colore della luce emessa.
Tutti i colori del triangolo CIE dei colori sono in pratica ottenibili.
Sotto l’aspetto di efficienza le soluzioni migliori sono quelle che prevedono l’uso di gas Argon o gas Neon.
La luce bianca è contraddistinta da due parametri: la temperatura di colore e l’indice di resa cromatica.
La temperatura di colore indica il colore apparente della luce emessa dalla sorgente, è definita come la temperatura che dovrebbe avere un corpo nero per produrre una radiazione luminosa che abbia la stessa apparenza cromatica di quella della sorgente e si misura in K; all’aumentare della temperatura di colore la luce passa da tonalità calda (rosso) ad una tonalità fredda (blu).
Le lampade a scarica a catodo freddo possono emettere luce con temperature di colore comprese tra 1500 K (luminescenza del gas neon) a 9200 K.
La scelta della temperatura di colore della sorgente può essere effettuata utilizzando il diagramma di Kruitoff.
L’indice di resa cromatica indica la capacità di una sorgente di restituire fedelmente il colore dell’oggetto o della superficie illuminata, varia tra 0 e 100, con 100 inteso come valore massimo, in funzione del tipo di polveratura le lampade a scarica a catodo freddo hanno indici di resa cromatica compresi tra 75 e 98.
La scelta dell’indice di resa cromatica va effettuata in funzione della necessità di discernere o meno e con quale precisione i colori; normalmente alto indice di resa cromatica si paga in termini di minor efficienza della lampada (richiede più potenza elettrica per emettere minor flusso luminoso, ma di “qualità” superiore).
Emissione luminosa
L’emissione, misurata in lumen [lm] di fatto indica quanta luce emette, nel campo del visibile, la sorgente luminosa. Le lampade a scarica a catodo freddo sono, abitualmente, classificate in base all’emissione luminosa per unità di lunghezza. Il flusso luminoso emesso dipende dalla corrente di lampada, dal tipo di fosfori impiegati, dal diametro della lampada e dalla temperatura ambiente di funzionamento.
Nei grafici che seguono sono riportate le curve normalizzate per la determinazione del flusso luminoso di lampada alle diverse correnti ed in funzione dei diversi diametri del tubo per i due fenomeni luminosi della luminescenza del gas neon ed argon con tubi trasparenti e fluorescenza (tubi polverati).
I valori dei coefficienti moltiplicativi ricavati dalle tabelle su riportate devono essere utilizzati per ricavare il reale flusso emesso dalla lampada a partire dal diagramma di emissione standard fornito dal costruttore. Un altro parametro importante è la temperatura ambiente dell’ambiente di installazione.
Esistono lampade progettate per ambienti a temperatura superiore e per ambienti a temperatura inferiore in funzione dell’ambiente di installazione. E’ importante, al momento dell’ordine indicare la temperatura tipica dell’ambiente di installazione per poter costruire la lampada con il miglior rendimento a quelle temperature.
Vita media
Per una lampada a scarica a catodo freddo si intende per vita media il numero di ore dopo le quali il flusso emesso è ridotto al 50% dell’iniziale.
Per il fenomeno della luminescenza non vi è, nel tempo, alcuna diminuzione, la vita è dunque legata all’usura degli elettrodi o alla rottura meccanica del tubo; per il fenomeno della fluorescenza la diminuzione è legata alla riduzione dell’efficacia dei fosfori impiegati a causa dell’interazione con i vapori di mercurio presenti nella lampada. Ogni lampada ha, pertanto, un suo diagramma di decadimento, che può essere più o meno pronunciato.
Indicativamente la vita media non è mai inferiore a 20.000 h e la vita massima può superare le 100.000 ore.
esempio di lampada a catodo freddo con decadimento
pari al 15% dopo 12.000 h
Efficienza luminosa
L’efficienza luminosa di una sorgente indica quanta luce emette in funzione dell’energia elettrica assorbita (senza tenere conto dell’alimentatore).
Ecco un rapido confronto tra le diverse sorgenti luminose presenti sul mercato.
| massimo teorico | 683 lm/W |
| fluorescenza catodo caldo | 45 – 100 lm/W |
| fluorescenza catodo freddo | 40 – 88 lm/W |
| led | 10 – 57 lm/W |
| incandescenza | 6 – 25 lm/W |
| luminescenza neon | 8 – 10 lm/W |
esempi di efficienza luminosa per lampade standard
Per gli impianti di illuminazione standard forniti da Fibretec, viene utilizzato un tubo da mm. 20 di diametro, colore bianco 3000° K, trifosforo, con una efficienza luminosa di 2680 lumen/mt.