Lâmpadas de descarga de gás: tipos, estrutura, como escolher as melhores

Você deseja adquirir lâmpadas de descarga de gás para criar uma atmosfera especial no ambiente? Ou procura lâmpadas para estimular o crescimento de plantas em estufa? Equipar com fontes de luz econômicas não só tornará o interior mais vantajoso e ajudará no cultivo de plantas, mas também permitirá economizar eletricidade. Não é verdade?

Nós ajudaremos você a entender a variedade de dispositivos de iluminação do tipo de descarga de gás. No artigo, são abordadas suas características, especificações e áreas de aplicação das lâmpadas de alta e baixa pressão. Foram selecionadas ilustrações e vídeos que ajudarão a encontrar a opção ideal de lâmpadas economizadoras de energia.

Construção e características das lâmpadas de descarga

Todos os componentes principais da lâmpada estão contidos em um bulbo de vidro. Aqui ocorre a descarga de partículas elétricas. Dentro podem estar presentes tanto vapores de sódio ou mercúrio, quanto algum dos gases inertes.

Como enchimento gasoso, são utilizadas opções como argônio, xenônio, neônio, criptônio. Os produtos preenchidos com vapor de mercúrio são mais populares.

Os componentes principais de uma lâmpada de descarga de gás são: capacitor (1), estabilizador de corrente (2), transistores de comutação (3), dispositivo de supressão de interferência (4), transistor (5)

O capacitor é responsável pelo funcionamento sem oscilação. O transistor possui um coeficiente de temperatura positivo, que garante a partida instantânea da lâmpada de descarga de gás sem cintilação. O funcionamento da estrutura interna começa após a geração de um campo elétrico no tubo de descarga de gás.

Durante o processo, elétrons livres aparecem no gás. Colidindo com átomos de metal, eles os ionizam. Quando alguns deles transitam, surge um excesso de energia, gerando fontes de luz — fótons. O eletrodo, que é a fonte de luz, está localizado no centro da lâmpada de descarga de gás. A base (soquete) une todo o sistema.

A lâmpada pode emitir diferentes tonalidades de luz que o ser humano pode ver — desde ultravioleta até infravermelho. Para tornar isso possível, a parte interna do bulbo é revestida com uma solução luminescente.

Áreas de aplicação das lâmpadas de descarga de gás

As lâmpadas de descarga de gás são amplamente utilizadas em diversas áreas. Com mais frequência, podem ser encontradas em ruas urbanas, oficinas de produção, lojas, escritórios, estações ferroviárias, grandes centros comerciais. Também são usadas para iluminar painéis publicitários e fachadas de edifícios.

As lâmpadas de descarga de gás também são usadas em faróis de automóveis. Na maioria das vezes, são lâmpadas com alta eficiência luminosa — modelos de néon. Alguns faróis automotivos são preenchidos com sais de metal-halogênio e xenônio.

Os primeiros dispositivos de iluminação de descarga de gás para veículos tinham a designação D1R, D1S. Os seguintes — D2R e D2S, onde S indica esquema óptico de projetor e R indica refletor. Lâmpadas de descarga de gás também são usadas em fotografias.

Na foto, lâmpadas de descarga de gás pulsadas usadas em fotografias: IFK120 (a), IKS10 (b), IFK2000 (v), IFK500 (g), ISSH15 (d), IFP4000 (g)

No processo de fotografar, essas lâmpadas permitem controlar o fluxo luminoso. Elas são compactas, brilhantes e econômicas. O ponto negativo é a incapacidade de gerenciar visualmente as sombras que a própria fonte de luz cria.

Na agricultura, as lâmpadas de descarga de gás são usadas para irradiar animais e plantas, para esterilização e desinfecção de produtos. Para isso, as lâmpadas devem ter comprimento de onda na faixa adequada.

A concentração de potência de radiação neste caso também é de grande importância. Por esse motivo, os produtos mais adequados são os potentes.

Tipos de lâmpadas de descarga de gás

As lâmpadas de descarga de gás são divididas em tipos de acordo com o tipo de emissão, parâmetros como pressão, de acordo com o objetivo de uso. Todas elas produzem um fluxo luminoso específico. Com base nisso, elas são subdivididas em:

• dispositivos fluorescentes;
• variedades de gás luminescente;
• variantes de indução.

Nos primeiros, a fonte de luz são átomos, moléculas ou suas combinações, excitados por uma descarga em meio gasoso.

Nos segundos – fósforos, a descarga de gás ativa a camada fotoluminescente que cobre o bulbo, e assim o dispositivo de iluminação começa a emitir luz. As lâmpadas do terceiro tipo funcionam devido ao brilho dos eletrodos, aquecidos pela descarga de gás.

As lâmpadas de xenônio, destinadas a faróis automotivos, superam as análogas halógenas em eficiência luminosa e brilho em mais de duas vezes.

Dependendo do preenchimento, os dispositivos de descarga de arco são divididos em mercúrio, sódio, xenônio, lâmpadas de metal-halogênio e outros. A divisão adicional ocorre com base na pressão dentro do bulbo.

A partir de pressões de 3x10⁴ a 10⁶ Pa, elas são classificadas como lâmpadas de alta pressão. Na categoria de baixa pressão, os dispositivos se enquadram quando o parâmetro está entre 0,15 e 10⁴ Pa. Acima de 10⁶ Pa — ultra-alta pressão.

Tipo #1 — lâmpadas de alta pressão

As lâmpadas de descarga de alta pressão (LDAP) se diferenciam pelo fato de que o conteúdo do bulbo está sujeito a alta pressão. Caracterizam-se pela presença de um fluxo luminoso significativo combinado com baixo consumo de energia. Geralmente são amostras de mercúrio, por isso são mais frequentemente utilizadas para iluminação pública.

Essas lâmpadas de descarga possuem uma boa eficiência luminosa e funcionamento eficaz em condições climáticas adversas, mas toleram mal baixas temperaturas.

Existem várias categorias básicas de lâmpadas de alta pressão: DRT e DRL (lâmpadas de arco de mercúrio), DRI — semelhantes às DRL, mas com iodetos e uma série de modificações baseadas nelas. Nesta mesma categoria também estão as lâmpadas de arco de sódio (DNAT) e DKsT — lâmpadas de arco de xenônio.

O primeiro desenvolvimento é o modelo DRT. Na designação, D significa arco, o símbolo R significa mercúrio, e a letra T na designação indica que este modelo é tubular. Visualmente, é um tubo reto feito de vidro de quartzo. Em seus dois lados há eletrodos de tungstênio. É utilizado em instalações de irradiação. Dentro, há um pouco de mercúrio e argônio.

Nas extremidades da lâmpada DRT há abraçadeiras com suportes. Uma tira metálica as une, destinada a facilitar a ignição da lâmpada.

A conexão da lâmpada à rede é feita em série com um reator utilizando um circuito ressonante. O fluxo luminoso da lâmpada DRT consiste em 18% de radiação ultravioleta e 15% de infravermelha. A luz visível tem a mesma porcentagem. O restante são perdas (52%). A principal aplicação é como uma fonte confiável de radiação ultravioleta.

Para iluminar locais onde a qualidade da reprodução de cores não é muito importante, utilizam-se dispositivos de iluminação DRL (lâmpadas de arco de mercúrio). Aqui praticamente não há radiação ultravioleta. A infravermelha constitui 14%, a visível 17%. As perdas térmicas correspondem a 69%.

As características de construção das lâmpadas DRL permitem acendê-las a 220 V sem a necessidade de um dispositivo de ignição por impulso de alta tensão. Devido à presença de um reator e um capacitor no circuito, as oscilações do fluxo luminoso são reduzidas e o fator de potência aumenta.

Quando a lâmpada é conectada em série com o reator, ocorre uma descarga incandescente entre os eletrodos auxiliares e os principais adjacentes. O intervalo de descarga é ionizado, resultando em uma descarga entre os principais eletrodos de tungstênio. O funcionamento dos eletrodos de ignição cessa.

A lâmpada DRL é composta por: bulbo (1), eletrodos principais (2), eletrodos auxiliares (3), resistores (4), queimador (tubo de quartzo) (5), soquete (6).

Os queimadores DRL geralmente possuem quatro eletrodos — dois de trabalho e dois de ignição. Seu interior é preenchido com gases inertes com a adição de uma certa quantidade de mercúrio à mistura.

As lâmpadas de iodetos metálicos DRI também pertencem à categoria de dispositivos de alta pressão. Sua eficiência de cor e qualidade de reprodução de cores são superiores às anteriores. A aparência do espectro de emissão é influenciada pela composição dos aditivos. O formato do bulbo, a ausência de eletrodos adicionais e revestimento de fósforo são as principais diferenças entre as lâmpadas DRI e DRL.

O circuito que liga as lâmpadas DRL à rede contém um IZU — dispositivo de ignição por pulso. Nos tubos das lâmpadas estão presentes componentes que pertencem ao grupo dos halogênios. Eles melhoram a qualidade do espectro de radiação visível.

O gás inerte no bulbo da lâmpada MGL atua como um tampão. Por esta razão, a corrente elétrica passa pelo queimador mesmo quando ele está a uma temperatura baixa.

À medida que aquecem, tanto o mercúrio quanto os aditivos evaporam, alterando assim a resistência da lâmpada, o fluxo luminoso e o espectro emitido. Com base em dispositivos deste tipo, foram criados os modelos DRIZ e DRISH. O primeiro tipo de lâmpada é usado em ambientes empoeirados e úmidos, bem como em ambientes secos. O segundo é usado para iluminar gravações de televisão em cores.

As lâmpadas mais eficientes são as de sódio DNAT. Isso está relacionado ao comprimento de onda emitido — 589 – 589,5 nm. Dispositivos de sódio de alta pressão funcionam com um valor deste parâmetro em torno de 10 kPa.

Para os tubos de descarga dessas lâmpadas, utiliza-se um material especial — cerâmica translúcida. O vidro de silicato não é adequado para este fim, pois os vapores de sódio são muito perigosos para ele. Os vapores de sódio ativos introduzidos no bulbo têm pressão de 4 a 14 kPa. Eles são caracterizados por baixos potenciais de ionização e excitação.

As características elétricas das lâmpadas de sódio dependem da tensão da rede e do tempo de operação. Para uma queima prolongada, é necessário um equipamento de controle de partida.

Para compensar as perdas de sódio que inevitavelmente ocorrem durante a queima, é necessário um certo excesso de sódio. Isso cria uma dependência proporcional entre os valores de pressão do mercúrio, do sódio e da temperatura do ponto frio. Neste último, ocorre a condensação do excesso de amálgama.

Quando a lâmpada está acesa, produtos de evaporação depositam-se nas suas extremidades, causando escurecimento das pontas do bulbo. O processo é acompanhado por um aumento da temperatura do cátodo e um aumento da pressão do sódio e do mercúrio. Como resultado, o potencial e a tensão da lâmpada aumentam. Ao instalar lâmpadas de sódio, os reatores das lâmpadas DRL e DRI não são adequados.

Tipo #2 — lâmpadas de baixa pressão

Na cavidade interna de tais dispositivos, há gás a uma pressão mais baixa do que a externa. Eles são divididos em LL e KLL e são usados não apenas para iluminar pontos comerciais, mas também para a decoração doméstica. As lâmpadas fluorescentes nesta categoria são as mais populares.

A conversão da energia elétrica em luz ocorre em duas etapas. A corrente entre os eletrodos provoca radiação nos vapores de mercúrio. O principal componente da energia radiante que surge é a radiação UV de ondas curtas. A luz visível representa cerca de 2%. Em seguida, a radiação do arco no fósforo é transformada em luz.

A marcação das lâmpadas fluorescentes contém tanto letras quanto números. O primeiro símbolo é a característica do espectro de emissão e características construtivas, o segundo é a potência em watts.

Decodificação das letras:

• LD — fluorescente de luz diurna;
• LB — de luz branca;
• LKhB — também branca, porém fria;
• LTBS — de branco quente.

Em alguns dispositivos de iluminação, a composição espectral da radiação é melhorada para obter uma reprodução de cores mais perfeita. Na sua marcação, está presente o símbolo «Ts». As lâmpadas fluorescentes fornecem aos ambientes uma luz uniforme e suave.

A vantagem das lâmpadas fluorescentes é que elas exigem potência várias vezes menor para produzir o mesmo fluxo luminoso que as lâmpadas incandescentes. Elas também têm maior vida útil e o espectro de emissão é muito mais favorável.

A superfície de emissão das lâmpadas fluorescentes é bastante grande, por isso é difícil controlar a dispersão espacial da luz. Em condições não padronizadas, especialmente com grande quantidade de poeira, são usadas lâmpadas refletoras. Nesse caso, a área interna do bulbo não é totalmente coberta pela camada refletora difusa, mas apenas em dois terços dela.

O fósforo cobre 100% da superfície interna. A parte do bulbo que não possui revestimento refletor transmite um fluxo luminoso muito maior do que um tubo comum do mesmo volume — cerca de 75%. Essas lâmpadas podem ser reconhecidas pela marcação — inclui a letra «R».

Em alguns casos, a principal característica das lâmpadas fluorescentes é a temperatura de cor Tc. É equiparada à temperatura de um corpo negro que emite a mesma cromaticidade. Quanto à forma, as lâmpadas fluorescentes podem ser lineares, em forma de U, em forma de W, circulares. Na designação dessas lâmpadas, está incluída a letra correspondente.

Os dispositivos mais populares são os que têm potência de 15 – 80 W. Com eficiência luminosa de 45 – 80 lm/W, a queima das lâmpadas fluorescentes dura no mínimo 10.000 horas. A qualidade do funcionamento das lâmpadas fluorescentes é muito influenciada pelo ambiente. A temperatura externa considerada ideal para elas é de 18 a 25 °C.

Com desvios, tanto o fluxo luminoso quanto a eficiência luminosa e a tensão de ignição diminuem. Em baixas temperaturas, a chance de ignição se aproxima de zero.

O reator da lâmpada fluorescente compacta (CFL) é muito mais compacto do que o de uma lâmpada fluorescente convencional. Com o reator eletrônico, a luminosidade tornou-se mais uniforme e o zumbido desapareceu.

As lâmpadas de baixa pressão também incluem as fluorescentes compactas — CFL.

O seu dispositivo é similar ao das lâmpadas fluorescentes comuns:

1. Passa uma alta tensão entre os eletrodos.
2. Os vapores de mercúrio inflamam.
3. Surge uma luminescência ultravioleta.

O fósforo dentro do tubo torna os raios ultravioleta invisíveis à visão humana. Apenas a luminescência visível fica disponível. A execução compacta do dispositivo tornou-se possível após a alteração da composição do fósforo. As LFC, assim como as LI comuns, possuem diferentes potências, mas os indicadores das primeiras são significativamente menores.

Os dados sobre a potência das LFC estão incluídos na marcação do dispositivo de iluminação. Lá também há informações sobre o tipo de soquete, temperatura de cor, tipo de reator eletrônico (embutido ou externo), índice de reprodução de cor.

A medição da temperatura de cor ocorre em kelvins. O valor de 2700 – 3300 K indica uma cor quente de tom amarelado. 4200 – 5400 — branco normal, 6000 – 6500 — branco frio com azulado, 25000 — lilás. O ajuste da cromaticidade é realizado alterando os componentes do fósforo.

O índice de reprodução de cor caracteriza o parâmetro de identidade da naturalidade da cor com o padrão, aproximado ao máximo do solar. Preto absoluto — 0 Ra, maior valor — 100 Ra. Os dispositivos de iluminação LFC estão na faixa de 60 a 98 Ra.

As lâmpadas de sódio, pertencentes ao grupo de baixa pressão, possuem uma alta temperatura do ponto mais frio — 470 K. Uma temperatura mais baixa não conseguirá contribuir para manter o nível exigido de concentração dos vapores de sódio.

A radiação ressonante do sódio atinge seu pico a uma temperatura de 540 – 560 K. Este valor é proporcional à pressão dos vapores de sódio de 0,5 – 1,2 Pa. A eficiência luminosa das lâmpadas desta categoria é a mais alta em comparação com outros dispositivos de iluminação de uso geral.

Aspectos positivos e negativos das lâmpadas de descarga de gás

As LDG são encontradas tanto em equipamentos profissionais quanto em dispositivos destinados a pesquisas científicas.

Como principais vantagens dos dispositivos de iluminação deste tipo, geralmente são mencionadas as seguintes características:

• Alto nível de eficiência luminosa. Este indicador não é muito reduzido mesmo por vidro grosso.
• Praticidade, expressa na durabilidade, o que permite utilizá-las para iluminação pública.
• Resistência em condições climáticas adversas. Até a primeira queda de temperatura, são usadas com luminárias comuns e, no inverno, com lanternas e faróis especiais.
• Custo acessível.

Desvantagens dessas lâmpadas não são muitas. Uma característica desagradável é o nível bastante alto de pulsação do fluxo luminoso. A segunda desvantagem significativa é a dificuldade de acendimento. Para uma queima estável e funcionamento normal, elas simplesmente necessitam de um reator que limite a tensão aos limites necessários para os dispositivos.

A terceira desvantagem reside na dependência dos parâmetros de queima da temperatura atingida, que indiretamente influencia a pressão do vapor de trabalho no bulbo.

Portanto, a maioria dos dispositivos de descarga de gás atinge as características padrão de funcionamento após algum tempo após a ignição. O espectro de emissão deles é limitado, portanto a reprodução de cores tanto das lâmpadas de alta tensão quanto das de baixa tensão não é ideal.

A tabela apresenta as principais informações sobre as lâmpadas DRL mais populares (mercúrio fluorescente de arco) e a luminária de sódio. A DRL com quatro eletrodos tem maior eficiência luminosa do que a com dois.

O funcionamento dos dispositivos é possível apenas em condições de corrente alternada. Eles são ativados por meio de um reator de lastro. É necessário algum tempo para o aquecimento. Devido ao conteúdo de vapor de mercúrio, eles não são totalmente seguros.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Informações sobre lâmpadas de descarga de gás. O que são, princípio de funcionamento, vantagens e desvantagens no seguinte vídeo:

Vídeo #2. Informações populares sobre lâmpadas fluorescentes:

Apesar do surgimento de dispositivos de iluminação cada vez mais avançados, as lâmpadas de descarga de gás não perdem sua relevância. Em algumas áreas, são simplesmente insubstituíveis. Com o tempo, as lâmpadas de descarga de gás certamente encontrarão novas áreas de aplicação.

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