A historia da lâmpada

Em 21 de outubro de 1879 um norte – americano chamado Thomas Edison com o

auxilio de 22 cientistas aperfeiçoaram os modelos de lâmpadas que já viam sido

estudados e compôs um aparelho com um filamento de carvão a alto vácuo que

durava mais e tinha melhor qualidade conhecida hoje como lâmpada incandescente.

A idéia partiu da necessidade lâmpada doméstica que substituísse luz proveniente

da chama do gás.

Ao desenvolver a lâmpada elétrica, um dos principais desafios para Edison era

detectar um filamento que permanecesse incandescente durante a transmissão da

corrente elétrica. Resolveu cobrir os filamentos com um bulbo de vidro para isolar o

oxigênio. Conclui o invento utilizando algodões carbonizados, o que possibilitou a luz

por mais de 40 horas ininterruptas.

Anteriormente, tentou utilizar filamento de carvão que tinha pouca durabilidade,

experimentou utilizar ligas metálicas e até de bambu.

Lampada de Thomas Edison Thomas Edison

Nos tempos atuais, os filamentos das lâmpadas incandescentes são feitos de

tungstênio, um metal que só se funde numa temperatura de 3422 °C. Para que o

filamento não entre em combustão e não se queime, na fabricação, retira-se todo o

ar atmosférico presente nas lâmpadas, sendo substituídos por nitrogênio, argônio e

criptônio

A evolução das lâmpadas

Com o passar dos anos a ideia do Thomas Edison foi evoluindo ate chegarmos

pertos da lâmpadas incandescentes atuais. Características como: temperatura de

cor, índice de reprodução de cores (IRC), ângulo de abertura do facho, tempo de

vida mediana e tecnologia da lâmpada são determinantes para esse trabalho.

A temperatura de cor (medida na unidade K – Kelvin) não está relacionada ao

aquecimento da lâmpada e sim à tonalidade da luz que emite. Para visualizar o que

isso significa, podemos associar a luz do nascer e do por do sol, às lâmpadas com

temperatura de cor de 2.700K (mais avermelhada, quente), e as lâmpadas com

temperatura de cor de 6500K à luz do sol ao meio dia (muito branca, tendendo ao

azul, fria). Quanto maior a temperatura de cor mais azulada e fria é a luz emitida

pela lâmpada, quanto mais próximo dos 2700K mais amena e quente será a luz.

Com essas duas características podemos concluir que, se você for iluminar um

quadro ou trabalhar com cores, a escolha tenderá por uma lâmpada com IRC 100 e

2700K/3000K.

Ângulo de abertura é um dado das lâmpadas com refletor. Esse ângulo que varia de

8° a 60° – determina um facho mais fechado, muito usado para dar destaque a uma

peça, ou mais aberto, abrangendo uma área maior de luz. Para um bom resultado é

necessário considerar a distância que a lâmpada estará do objeto a ser iluminado.

Deve-se levar em conta também o tempo de vida mediano da lâmpada, fator

importante para a economia. Em geral uma lâmpada dura de 2 mil a 100 mil horas –

esse último é o que promete o LED. Para termos uma idéia da evolução, nossa

velha conhecida luz incandescente tem um tempo de vida útil de 700 a 1000 horas.

Atualmente podem-se classificar as lâmpadas elétricas em duas categorias:

Lâmpadas Incandescentes; Lâmpadas de Descarga.

As lâmpadas de descarga se baseiam na condução de corrente elétrica em um meio

gasoso, quando em seus eletrodos (conhecido comumente por pólo - terminal

utilizado para conectar um circuito elétrico a uma parte metálica ou não metálica ou

solução aquosa) se forma uma tensão elevada capaz de vencer a rigidez dielétrica

do meio. Os meios gasosos mais utilizados são:

O vapor de mercúrio

O argônio.

As lâmpadas de descarga são lâmpadas que funcionam segundo um princípio

totalmente diferente ao da lâmpada incandescente. São lâmpadas que existem

desde o início do século XIX, sendo utilizadas em muitas regiões da antiga Inglaterra

como opção às luminárias a gás.

Lâmpada de néon

Os tubos de néon utilizados em anúncios são de vidro e contêm um gás rarefeito

(néon, néon com vapor de mercúrio) dentro da ampola com dois eléctrodos nas

extremidades.

Ao aplicar aos eléctrodos uma tensão suficientemente elevada, o tubo ilumina-se

com uma cor que depende do gás utilizado.A tensão necessária para o

funcionamento do tubo depende do comprimento do tubo, do seu diâmetro, bem

como do gás utilizado.

Geralmente são necessários entre 300V a 1 000V por metro de tubo.

Modelos de lâmpadas e suas tecnologias:

Incandescentes:

Com um filamento de tungstênio interno em um bulbo de vidro, produz luz agradável

com temperatura de cor de 2700K. Por ter um rendimento muito baixo – apenas 5%

de energia elétrica são transformados em luz, os outros 95% são transformados em

calor.

Lampada Incadescente

Halógenas:

Uma evolução da incandescente convencional. Com o acréscimo do halogênio e a

ação da corrente térmica cria-se o ciclregenerativo do halogênio.

Essas lâmpadas podem ou não ter refletor e antiofuscante. As do tipo cápsula

requerem cuidados ao serem manuseadas, o toque da pele direto em seu bulbo

reduz o tempo de vida útil da lâmpada. Existe no mercado um modelo com o mesmo

bulbo e soquete das incandescentes tradicionais.

As com refletor oferecem diversas possibilidades de usos. São boas reprodutoras de

cores IRC 100. Podem ser ligadas diretamente na rede ou necessitam de

transformador de voltagem. A lâmpada ligada direto na rede tem um custo bem

maior do que a que necessita de transformador. Porém, em caso de algum defeito

no conjunto – instalação elétrica, luminária, transformador e lâmpada – ficamos com

um elemento a menos para verificar onde está o problema. Os fabricantes oferecem,

segundo eles mesmos, opções que reduzem até 30% de energia. É possível usá-las

com dimmer (aparelho que regula a intensidade da luz).

Lâmpada Halogênea

Fluorescentes:

É uma lâmpada de descarga de baixa pressão. Dentro de um tubo de vidro com

gases inertes e uma pequena porção de mercúrio, a luz é emitida quando o fósforo

presente nas paredes entra em contato com a radiação UV produzida pelo mercúrio

após uma descarga elétrica. Lâmpada amplamente usada no setor comercial se

mostra bastante versátil no uso doméstico. Com modelos que vão do tradicional

tubular, passando pelas compactas ao bulbo da incandescente. Exceto as tubulares,

as demais também podem ser encontradas com soquete E27 (incandescente) e

ligadas diretamente na rede sem reator.

Seu IRC chega perto dos 90, com opção de temperatura de cor de 2700K. Quando

ligada a um reator eletrônico, pode ser utilizada com dimmer, o que não ocorre com

as ligadas diretamente na rede. A economia de energia frente às incandescentes,

segundo os fabricantes, chega a 80%. A vida mediana é bastante variada, As de

aplicação doméstica giram em torno de 10 mil horas.

Lâmpada Fluorescente

Com a constante preocupação com o meio ambiente, o mercado produz

fluorescentes com baixa quantidade de uso de metais e longa vida mediana, de 75

mil horas. Na residência, em locais com atividades de trabalho é uma grande

alternativa e até para iluminação geral indireta entre outras muitas possibilidades.

Lâmpadas de Luz Mista

Estas lâmpadas, ao mesmo tempo incandescentes e a vapor de mercúrio, são

constituídas de um tubo de descarga de mercúrio, ligada em série com um filamento

incandescente de tungstênio. Este filamento, além de funcionar como fonte de luz,

age como resistência, limitando a corrente da lâmpada, ou seja, como elemento de

estabilização da lâmpada, cujo balastro.

Reúne características da lâmpada incandescente, fluorescente e vapor de mercúrio,

pois:

- a luz do filamento emite luz incandescente;

- a luz do tubo de descarga a vapor de mercúrio emite intensa luz azulada;

- a radiação invisível (ultravioleta), em contato com a camada fluorescente do tubo,

transforma-se em luz avermelhada.

As lâmpadas de luz mista dispensam o reator uma vez que o filamento além de

produzir luz, limita a corrente de funcionamento, podendo ser ligados diretamente a

rede, em tensões de 220V, pois tensões menores não seriam suficientes para a

ionização do tubo de arco.

O IRC (Índice de Restituição de Cores) dessas lâmpadas é 60, e a eficiência

luminosa é em torno de 25 lm/W (lumens/watt) (muito baixa comparada com a

lâmpada a vapor de mercúrio) e tem restrições quanto a posição de funcionamento,

ou seja, não é uma boa opção para um sistema de iluminação, pois a vida útil é de

aproximadamente 2000 horas. A potência varia entre 160W a 500W.

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 de ordem dos 60lm/W, nas lâmpadas de luz

mista o rendimento não ultrapassa os 26lm/W.

A lâmpada de luz mista consiste, portanto, numa ampola cheia com gás, revestida

na parede interna por uma camada fluorescente, contendo um tubo de descarga em

série com um filamento. 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.

No início do funcionamento é aceso o filamento incandescente e aos poucos o

mercúrio é vaporizado, iniciando-se o processo da iluminação por meio do vapor de

mercúrio. A luz possui uma coloração branco-azulada, agradável a visão e de ampla

aplicação em espaços exteriores.

O seu campo de aplicação é semelhante ao das lâmpadas a vapor de mercúrio, ou

seja, iluminação de ruas, jardins, armazéns, garagens, postos de gasolina, campos

de futebol e outros.

Lâmpadas a Vapor de Mercúrio

A lâmpada de mercúrio sob alta pressão é uma lâmpada que tem como princípio de

funcionamento a descarga entre dois eletrodos imersos numa atmosfera de argônio,

com uma pequena quantidade de mercúrio. Esse tipo de lâmpada foi desenvolvido

por volta de 1930, e teve seu sucesso associado a grande expansão da indústria

automotiva norte americana.

A lâmpada a vapor de mercúrio sob alta pressão opera com uma pressão da ordem

de 10atm para lâmpadas de potência mais elevadas, ou seja, 250w, 400w, 700w, e

1000w, e pressões acima de 10atm para lâmpadas de menor potência, como 50w,

80w, e 125w.

Seu funcionamento difere do funcionamento da lâmpada fluorescente pelo fato de

não necessitar de nenhum pico de ignição para a partida, isto se deve a presença de

um eletrodo auxiliar no seu tubo de descarga, que ioniza o gás argônio nas suas

vizinhanças, dando início a descarga.

A lâmpada de vapor de mercúrio, é constituída de um bulbo protetor contendo gás

nitrogênio sob baixa pressão, um tubo de descarga com três eletrodos, sendo dois

eletrodos principais, e um auxiliar, também conhecido como eletrodo de partida.

Ligado ao eletrodo de partida existe um pequeno resistor, cuja finalidade é limitar a

corrente elétrica no eletrodo auxiliar, de maneira que o mesmo só funcione durante a

partida da lâmpada.

Para que a lâmpada a vapor de mercúrio possa funcionar com segurança, a mesma

deve operar com um reator, semelhante ao da lâmpada fluorescente, para que a

corrente e a tensão sejam limitadas a valores aceitáveis para o seu funcionamento.

A maior dificuldade para a construção das primeiras lâmpadas a vapor de mercúrio

sob alta pressão foi a confecção do tubo de descarga, mais especificamente, a

selagem do mesmo, isto porque, a temperatura do mercúrio sob a forma de plasma

de alta pressão, é extremamente elevada, sendo necessária a utilização de quartzo

para a produção de seu tubo de descarga, e como o quartzo tem um coeficiente de

dilatação térmica muito baixo quando comparado ao coeficiente de dilatação térmica

dos metais, os eletrodos de tungstênio encerrados dentro do tubo de descarga, terão

uma dilatação maior que a dilatação do quartzo, podendo fazer com que o tubo de

descarga rache nos pontos de selagem, ou seja, nas suas extremidades.

A solução desse problema foi obtida com a utilização de finíssimas placas

condutoras, que são ligadas aos eletrodos, e aos terminais do tubo de descarga.

Essas placas são constituídas de nióbio, e quando o tubo se aquece, as mesmas

terão ainda uma dilatação um pouco maior que a do tubo, porém, por serem

extremamente delgadas, elas não vão forçar o tubo, eliminando a possibilidade de

rachaduras.

Quando uma tensão é aplicada à lâmpada cria-se um campo elétrico entre o

eletrodo auxiliar e o principal. Forma-se um arco elétrico entre eles provocando o

aquecimento dos óxidos emissores, a ionização do gás e a formação de vapor de

mercúrio. Depois que o meio interno tornou-se ionizado, a impedância elétrica torna-

se reduzida e, como a do circuito de partida é elevada (devido ao resistor), este se

torna praticamente inativo, passando a descarga elétrica a ocorrer entre os eletrodos

principais. Com o aquecimento do meio interno a pressão dos vapores cresce com o

consequente aumento do fluxo luminoso. O período de partida leva alguns

segundos, e a lâmpada só entra em regime aproximadamente 6 minutos depois de

ligada a chave. Se a lâmpada é apagada, o mercúrio não pode ser reionizado até

que a temperatura do arco seja diminuída suficientemente, isto leva de 3 a 10

minutos, dependendo das condições externas e da potência da lâmpada.

Existem lâmpadas a vapor de mercúrio construídas com os mais variados tipos de

bulbo, e podem ter bulbos revestidos com camada fosforescente para converter a

radiação ultravioleta em luz visível, melhorando o seu espectro, ou bulbos claros,

onde o espectro emitido deve-se apenas a descarga no mercúrio. A lâmpada a

vapor de mercúrio possui um espectro um pouco mais rico que o da lâmpada

fluorescente. Este tipo de lâmpada era considerado na década de 80, um dos mais

importantes em aplicações como a iluminação pública, porém, com o advento da

lâmpada a vapor de sódio sob alta pressão, sua utilização vem se tornando cada vez

menos comum, dada a sua baixa eficiência energética, eficiência essa de

aproximadamente 50 lumens/watt e a vida varia em torno das 18.000 horas.

A lâmpada a vapor de mercúrio é utilizada em larga escala na iluminação de vias

públicas, jardins públicos, praças, parques, estacionamentos, postos de gasolina,

campos de futebol entre outros lugares. Estas lâmpadas têm uma cor branco-

azulada.

Outro tipo de lâmpada a vapor de mercúrio muito importante que já foi citado no item

anterior é a chamada lâmpada de luz mista, que é uma lâmpada de vapor de

mercúrio que possui no mesmo bulbo um tubo de descarga contendo mercúrio, e

ligado em série ao mesmo, um filamento de lâmpada incandescente, que melhora o

espectro luminoso da lâmpada e ao mesmo tempo, desempenha o papel de reator,

ou seja, a lâmpada de luz mista pode ser ligada diretamente a rede elétrica, tal como

a lâmpada incandescente.

Lâmpadas a Vapor Metálico:

Tipo particular da lâmpada a vapor de mercúrio em que são adicionados iodeto de

índio, tálio e sódio, onde sua mistura adequada no tubo de descarga proporciona um

fluxo luminoso de excelente reprodução de cores. São fornecidas lâmpadas a vapor

metálico nas potências de 400 a 2000W.

Lâmpadas a Vapor de Sódio:

Lâmpadas a Vapor de Sódio a baixa pressão: construtivamente são formadas por

um tubo especial de vidro na forma de U no interior do qual se produz a descarga.

O tubo é colocado no interior de uma ampola tubular de vidro, que atua como

proteção mecânica e isolamento térmico, e cujas paredes internas são cobertas por

uma fina camada de óxido de estanho para refletir as radiações infravermelhas

produzidas durante o processo de descarga.

Os eletrodos de filamento são fixados nos extremos do tubo de descarga. Sobre os

eletrodos é depositado um material especial emissor de elétrons.

No interior do tubo de descarga injeta-se uma certa quantidade de gás neon que

favorece o acendimento, acrescida também de uma outra quantidade de sódio que

se condensa e se deposita em pequenas cavidades do tubo quando a lâmpada se

esfria.

São caracterizadas por emitir uma radiação quase monocromática (luz amarela)

Lâmpadas a Vapor de Sódio a alta pressão: constituídas de um tubo de descarga

contendo um excesso de sódio que se vaporiza durante o período de acendimento

em condições de saturação. É utilizado um gás inerte em alta pressão, o xenônio,

para se obter uma baixa tensão de ignição. Apresentam um espectro visível

contínuo, propiciando uma razoável reprodução de cores.

Led :

Diodo emissor de luz. Tecnologia de ponta, poucos Watts e muita luz é a aposta do

mercado como um dos caminhos para a redução do consumo de energia. Com

transformador ou possibilidade de ligação direta na rede com soquete E27 e bulbo

igual da incandescente, o LED chegou ao nosso lar.

As possibilidades de uso são muitas, com diversos tipos de lâmpadas e sistemas de

iluminação. Alguns modelos podem ser “dimerizados”. O IRC não passa de 85 e

pode ser encontrada com temperatura de cor de 2700K.

Lâmpada de Led

A palavra LED vem do inglês Light Emitting Diodo, em português, significa Diodo

Emissor de Luz. Como o próprio nome já diz, é um diodo que quando energizado

emite luz visível ao olho humano

O LED e um diodo semicondutor de junção P-N emite uma luz visível não

monocromática (ex Laser) mas consiste de uma banda espectral relativamente

estreita e é produzida pelas interações energéticas do elétron.

O material utilizado é o arsenieto de gálio que emite radiações infra-vermelhas.

Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com

a concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz

emitida pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais,

consegue-se fabricar leds que emitem luz azul, violeta e até ultra-violeta. Existem

também os leds brancos, mas esses são geralmente leds emissores de cor azul,

revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas lâmpadas

fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca.

Em geral, os leds operam com nível de tensão de 1,6 a 3,3V,o interessante é notar

que a tensão é dependente do comprimento da onda emitida. Assim, os leds

infravermelhos geralmente funcionam com menos de 1,5V, os vermelhos com 1,7V,

os amarelos com 1,7V ou 2.0V, os verdes entre 2.0V e 3.0V, enquanto os leds azuis,

violeta e ultra-violeta geralmente precisam de mais de 3V. A potência necessária

está na faixa típica de 10 a 150 mW, com um tempo de vida útil de 100.000 ou mais

horas.

Como o diodo, o LED não pode receber tensão diretamente entre seus terminais,

uma vez que a corrente deve ser limitada para que a junção não seja danificada.

Assim, o uso de um resistor limitador em série com o Led é comum nos circuitos que

o utilizam

Os LEDs não suportam tensão reversa (Vr) de valor significativo, podendo-se

danificá-los com apenas 5V de tensão nesse sentido. Por isso, quando alimentado

por tensão C.A., o LED costuma ser acompanhado de um diodo retificador em

antiparalelo (polaridade invertida em relação ao LED), com a finalidade de conduzir

os semi-ciclos nos quais ele - o LED - fica no corte, limitando essa tensão reversa

em torno de 0,7V (tensão direta máxima do diodo), um valor suficientemente baixo

para que sua junção não se danifique.

Esquema de ligação

Modo de fazer a ligação de diversas lâmpadas para que elas sejam acesas e

apagadas por um único interruptor

As lâmpadas são ligadas em paralelo entre si e em série com o interruptor. Este tipo

de ligação garante que todas as lâmpadas recebam a mesma tensão. Se uma das

lâmpadas queimar, as outras do mesmo circuito não são afetadas. O cuidado

principal com esta instalação é escolher um interruptor que seja capaz de suportar a

corrente total de todas as lâmpadas.

Como as lâmpadas são especificadas em watts e a corrente em ampères, pode

haver uma certa dificuldade em efetuar este cálculo. Para facilitar, podemos dizer

que cada 100 W na rede de 110 V correspondem a 1 A, enquanto que cada 200 W

na rede de 220 V correspondem a um ampère.

Assim, 300 W de lâmpadas em 110 V correspondem a aproximadamente 3 A, o que

quer dizer que, para maior segurança devemos usar em seu controle um interruptor

de pelo menos 5 A.

Controlando uma lâmpada por dois interruptores

É o chamado sistema "two-way", em que se pode acender uma lâmpada ao começar

a subir uma escada e depois apagá-la quando chegamos no alto.

Para que os dois interruptores, nos extremos de um corredor, escada ou sala que

tenha duas portas, possam acender e apagar a mesma lâmpada, eles devem ser de

tipo especial. São usados interruptores tripolares, que nada mais são do que chaves

comutadoras de 1 pólo x 2 posições

Como esses interruptores devem ser ligados:

Observe que, entre eles devem passar dois fios. Os interruptores continuam ligados

em série com a lâmpada que deve ser controlada.

Controlando uma lâmpada a partir de 3 interruptores

Este é um sistema "three-way" (três vias) que permite ao usuário acender ou apagar

uma lâmpada a partir de três lugares diferentes

Além das duas chaves especiais de 3 pólos, temos uma terceira, que ficará na

posição central e que tem seus pólos

Trata-se de uma chave especial reversível 2 x 2 ou HH que faz a comutação

intermediária das lâmpadas.

Neste sistema também temos a passagem de dois fios entre as chaves.

modo como essas chaves devem ser ligadas

Controlando uma lâmpada a partir de 4 interruptores

Também é possível controlar uma mesma lâmpada a partir de interruptores

colocados em 4 pontos diferentes, num sistema denominado "four- way" (quatro

vias).

São usadas duas chaves de 3 pólos e duas de 6 pólos. Entre elas devem passar

dois fios.

A lâmpada neste caso, também é ligada em série com o circuito.

Modo de fazer a instalação dessas chaves num sistema "four-way"

Conclusão

Podemos afirmar então que as lâmpadas de descarga citadas é um dispositivo

elétrico que transforma energia elétrica em energia luminosa, que se baseiam na

condução de corrente elétrica em um meio gasoso, quando em seus eletrodos se

forma uma tensão elevada capaz de vencer a rigidez dielétrica do meio. Os meios

gasosos mais utilizados são o vapor de mercúrio ou o argônio.

As lâmpadas de descarga de alta pressão operam a partir de arcos de descarga, no

qual há um arco constante entre dois eletrodos que fornecem luz. Este princípio

pode ser obtido através de diferentes metais e materiais de preenchimento interno.

Além disso, quase todas as lâmpadas de descarga necessitam de reatores e

ignitores para dar partida e limitar sua corrente. Sendo as mais eficientes fontes de

luz artificial, elas fornecem um grande pacote de luz através de lâmpadas muito

pequenas. Por exemplo, uma lâmpada de multivapores metálicos de 2.000W, que é

normalmente utilizada em estádios de futebol, teoricamente produziria a mesma luz

que uma lâmpada incandescente comum de 10.000W. Outras vantagens deste

moderno sistema de iluminação estão associadas a sua longa durabilidade e baixa

carga térmica. Além disso, devido a suas dimensões compactas, o controle de luz

pode ser feito de forma precisa.

Essas lâmpadas são a fonte luminosa escolhida em todos os lugares onde objetos e

produtos precisam ser expostos com qualidade de luz e cores, como em vitrines, por

exemplo, e também onde a eficiência energética e a longa durabilidade são

importantes, como em fábricas, estádios e na iluminação pública.