LÂMPADA INCANDESCENTE

INTRODUÇÃO

A lâmpada elétrica é um dos maiores inventos da história da humanidade, é graças à lâmpada elétrica que possuímos nos dias de hoje toda a comodidade e segurança dentro das nossas casas, pois, foi devido ao advento da lâmpada elétrica que pudemos eliminar na maioria das localidades o uso de lampiões, tochas ou velas.

As lâmpadas comerciais utilizadas para iluminação são caracterizadas pela potência elétrica absorvida (W), fluxo luminoso produzido (lm), temperatura de cor (K) e índice de reprodução de cor. Em geral as lâmpadas são classificadas, de acordo com o seu mecanismo básico de produção de luz, em lâmpadas incandescentes e lâmpadas de descarga.

São descritos a seguir os diversos modelos de lâmpadas existentes, e os tipos de reatores utilizados em lâmpadas de descarga, modelos e principio de funcionamento.

1. LÂMPADA INCANDESCENTE

A lâmpada incandescente foi a primeira a ser desenvolvida e ainda hoje é uma das mais difundidas. A luz é produzida por um filamento aquecido pela passagem de corrente elétrica alternada ou contínua. O filamento opera em uma temperatura elevada e a luz é somente uma parcela da energia irradiada pela transição de elétrons excitados para órbitas de maior energia devido à vibração dos átomos.

As primeiras lâmpadas incandescentes surgiram por volta de 1840 e utilizavam filamento de bambu carbonizado no interior de um bulbo de vidro a vácuo. Seguiram-se as lâmpadas com filamento de carbono, até que, por volta de 1909, Coolidge desenvolveu um método para tornar o tungstênio mais dúctil e adequado para a elaboração de filamentos uniformes por trefilação.

A característica de emissão, as propriedades mecânicas e o seu elevado ponto de fusão (3655 K) foram determinantes na escolha do tunsgtênio como o material mais adequado para fabricação de filamentos para lâmpadas incandescentes. As lâmpadas incandescentes podem ser classificadas de acordo com a sua estrutura interna em convencionais ou halógenas.

1.1 Lâmpada Incandescente Convencional

Nas lâmpadas incandescentes convencionais (vide Figura 1(a)) o filamento de tungstênio é sustentado por três ou quatro suportes de molibdênio no interior de um bulbo de vidro alcalino (suporta temperaturas de até 370 °C) ou de vidro duro (suporta temperaturas de até 470 °C). O bulbo apresenta diversos formatos, sendo a forma de pêra a mais comum, podendo ser transparente ou com revestimento interno de fósforo neutro difusor.

Figura 1 – Lâmpada incandescente convencional

Lâmpadas convencionais trabalham com temperaturas de filamento entre 2300 K e 2800K. Devido à elevada temperatura de operação do filamento, nas lâmpadas comerciais injeta-se nitrogênio ou argônio a pressão de 0,8 atm no interior do bulbo para prover uma atmosfera protetora que reduz a taxa de sublimação do tungstênio, aumentando a vida da lâmpada e minimizando o depósito de tungstênio sobre a superfície interna do bulbo, evitando o enegrecimento da mesma.

Os filamentos são constituídos de fio de tungstênio enrolado em dupla espiral (vide Figura 1 (b)) para aumentar a área radiante e otimizar o comprimento total do filamento para um dado valor de projeto de resistência elétrica.

A base da lâmpada incandescente é constituída de uma caneca metálica, geralmente presa com resina epóxi sobre o bulbo. Existem diversas padronizações, por exemplo, baioneta e tele-slide, ambas utilizadas em lâmpadas miniatura. As lâmpadas incandescentes de médio e grande porte geralmente utilizam uma base que suporta temperaturas até 250 °C e seguem um padrão conhecido por rosca Edison.

A eficácia luminosa resultante cresce com a potência da lâmpada, variando de 7 a 15 lm/W. Estes valores são relativamente baixos, quando comparados com lâmpadas de descarga com fluxo luminoso semelhante. No entanto, esta limitação é compensada pelo elevado índice de reprodução de cor (CRI = 100).

A resistência específica do tungstênio na temperatura de funcionamento da lâmpada (2800 K) é aproximadamente 15 vezes maior do que à temperatura ambiente (25 °C). Portanto, ao ligar uma lâmpada incandescente, a corrente que circula pelo seu filamento a frio é quinze vezes a corrente nominal de funcionamento em regime. A temperatura do filamento sobe rapidamente, atingindo valores elevados em frações de segundo.

Ligações muito freqüentes reduzem a vida útil da lâmpada, pois o filamento geralmente não apresenta um diâmetro constante. A corrente de partida causa aquecimento excessivo e localizado nos pontos onde a seção do filamento apresenta constrições, provocando seu rompimento. A vida útil de uma lâmpada incandescente comercial é da ordem de 1000 horas.

1.2 Lâmpada Incandescente Halógena

A lâmpada halógena é uma lâmpada incandescente na qual se substitui atmosfera no interior do bulbo por um elemento halógeno, em geral iodo ou bromo. O elemento halógeno reage quimicamente com as partículas de tungstênio sublimadas, formando haletos que apresentam uma temperatura de condensação inferior a 250 °C. Mantendo-se a temperatura do bulbo acima deste valor, evita-se o depósito de material sublimado sobre mesmo.

Por outro lado, correntes térmicas transportam os haletos novamente para as regiões de alta temperatura, próximas ao filamento, onde ocorre a sua dissociação e o tungstênio retorna em algum ponto do filamento. Este ciclo halógeno só se torna eficaz para temperaturas de filamento elevadas (3200 K) e para uma temperatura da parede do bulbo externo acima de 250 °C, evitando-se a condensação e o depósito dos haletos.

A necessidade de elevadas temperaturas de filamento exige a presença de uma atmosfera protetora, geralmente uma mistura de nitrogênio com um gás inerte (argônio ou criptônio) na proporção de 0.1% a 1% do elemento halógeno, para reduzir a taxa de evaporação do tungstênio.

A lâmpada incandescente halógena também apresenta um filamento de tungstênio enrolado em dupla espiral, o qual é sustentado por suportes de molibdênio no interior de um bulbo de quartzo, globular ou com formato de lapiseira. A base é, em geral, cerâmica para suportar temperaturas