Figura 3.1
La lampada ad incandescenza funziona tramite l'applicazione di energia elettrica a un filamento metallico sottile, finché questo raggiunge l'incandescenza, cioè una temperatura tale da farlo risplendere.
La prima lampada utilizzabile fu realizzata da Thomas Edison e fu accesa il 19 ottobre 1879: fu la prima sorgente luminosa disponibile a livello commerciale.
Dal 1879 ad oggi la lampada a incandescenza è rimasta la sorgente luminosa più utilizzata. Ad un'attenta analisi ciò può sembrare sorprendente, poiché si tratta del metodo meno efficace di conversione dell'energia elettrica (watt) in energia luminosa (lumen).
Il suo spettro luminoso è debole nella resa dei blu, e, fra tutte le sorgenti, è quella di minor durata e con la minore capacità di conservazione dei lumen: al momento di essere sostituita, una lampada a incandescenza emana solo l'80% del valore iniziale di lumen.
Allora perché questa preferenza incondizionata?
Le ragioni sono molteplici.
In primo luogo è una sorgente luminosa disponibile da più tempo delle altre.
In secondo luogo la sua resa colorimetrica è molto marcata sulle frequenze calde, rosso-arancio dello spettro.
Il successo di queste lampade si deve alla loro capacità di conferire un colorito particolarmente gradevole, nonché ai pregiudizi ingenerati dai primi modelli di lampade fluorescenti, che offrivano una resa scadente della banda dello spettro corrispondente ai colori caldi.
Nel secondo tipo di lampade, cioè quelle a scarica, la radiazione luminosa non è prodotta direttamente, in quanto si sfrutta l'energia di un arco elettrico che scoccando tra due elettrodi produce radiazioni ultraviolette le quali vengono convenite, soltanto in un secondo momento, in radiazioni visibili. Un tipo analogo di lampada è infine quella ad induzione, in cui è l'energia elettromagnetica ad alta frequenza ad essere convertita in radiazione visibile.
Nelle lampade ad incandescenza il filamento metallico che deve raggiungere temperature elevatissime è caratterizzato da una resistenza molto diversa se a caldo o a freddo: il tungsteno a temperatura ambiente possiede una resistività specifica pari a circa 0,051 mm2/m ed un coefficiente di temperatura a uguale a 0,0042, ciò significa che passando dal valore di temperatura ambiente a quella di funzionamento, incrementa la sua resistività fino a 10-15 volte. In questo modo, la resistenza molto bassa consente all'inizio la circolazione di una elevata intensità di corrente che riscalda molto velocemente il filamento e quindi la lampada può accendersi quasi istantaneamente, subito dopo però la corrente si riduce spontaneamente in un tempo altrettanto breve e quindi la lampada non ha bisogno per il suo funzionamento di nessuna apparecchiatura ausiliaria.
Nel dimensionamento dell'impianto soprattutto se questo è di grandi dimensioni con numerose lampade di elevata potenza, occorre quindi tenere conto che all'accensione gli organi di comando e protezione, non tanto i conduttori di linea, devono essere idonei a sopportare per breve tempo correnti transitorie di sovraccarico fino a 15 volte la corrente nominale.
Ancora notiamo che, dato il loro modo di funzionamento, le lampade ad incandescenza mal sopportano incrementi anche relativamente modesti della tensione di alimentazione che producono anomalie di funzionamento, ma soprattutto una sensibile diminuzione della loro durata.
Quando aumenta infatti la tensione di alimentazione, il filamento viene percorso da un'intensità di corrente maggiore che produce da un lato un sensibile aumento della luminosità, dell'efficienza luminosa e la luce emessa risulta più bianca, mentre dall'altro la temperatura superiore del filamento ne accelera la volatilizzazione: le pareti interne dell'ampolla perciò si anneriscono prima e soprattutto il filamento è condotto ad una rottura precoce; per tale motivo una sovratensione del 5% produce un aumento stimabile nel 20% dell'emissione luminosa e causa una diminuzione della vita della lampada pari al 30-50%.
Per quanto riguarda le diverse sorgenti luminose, quelle ad incandescenza convertono l'energia elettrica assorbita per il 5-7% in luce visibile, circa il 93-95% in IR e circa lo 0,1% in UV; nelle lampade a scarica nel gas, come quelle fluorescenti, l'energia elettrica trasformata in luce visibile, invece è dell'ordine del 20%, circa il 75% viene emesso come IR e circa il 5% in UV.
La scelta del tipo di lampada da utilizzare in un impianto di illuminazione deve tener conto di tutta una serie di parametri, quali ad esempio il tipo, il numero e la potenza per ottenere il livello desiderato di illuminamento (che definirà il dimensionamento della conduttura elettrica e degli apparecchi di comando e protezione), poi la durata, la temperatura di colore e la resa cromatica, l'efficienza luminosa, il numero di accensioni e spegnimenti che possono sopportare, la rapidità di prima accensione e di riaccensione in caso di mancanza temporanea di tensione, l'effetto stroboscopico ecc.
Tra le caratteristiche positive delle lampade ad incandescenza ricordiamo:
- la rapidità di accensione e spegnimento;
- il funzionamento senza bisogno di alcuna apparecchiatura ausiliaria;
- la possibilità di installazione in qualsiasi posizione;
Tra le caratteristiche negative sottolineiamo:
- una bassa efficienza luminosa;
- emettono come già detto una notevole quantità di calore;
- hanno una vita relativamente breve, pari a circa 1000 ore di funzionamento.
