Autore: Ing. Sandro Costo
Per comprendere al meglio le differenze tra i sistemi di illuminazione partiamo dal glossario.
Differenza di potenziale
Con il termine differenza di potenziale indichiamo una grandezza, misurata in Volt (V), che rappresenta la differenza fra un punto ad un certo potenziale elettrico ed un altro punto di riferimento. Tale grandezza prende il nome di tensione. Prendendo, ad esempio, una pila come quelle quadrate piccole, che tutti noi abbiamo usato almeno una volta nella nostra radio portatile o nella nostra sveglia o altro dispositivo, possiamo leggere sul suo involucro che si tratta di una pila da 9 Volt. Questo vuol dire che quella pila è in grado di creare una differenza di potenziale, o tensione, ai suoi elettrodi (+ e -) pari proprio a 9 Volt.
Corrente elettrica
L’intensità di corrente elettrica (I) è il flusso di corrente che scorre all’interno di un conduttore nell’unità di tempo. Essa si misura in Ampere (A).
Potenza elettrica
La potenza elettrica è una grandezza composta dalle due precedenti e si misura in Watt (W). La formula per ricavare la potenza dal potenziale e dalla corrente è la seguente:
W = V * I
La potenza deriva dal lavoro compiuto durante un’unità di tempo. L’unità di lavoro è il Joule e l’unità di potenza è il Watt: 1 Joule al secondo corrisponde ad 1 Watt (W = J/s).
La Luce
| Termine | Termine inglese | Unità | ||
| Quantità di luce | quantità di energia emessa, ricevuta o trasportata per irraggiamento |
lumen secondo | lm s | |
| Flusso luminoso | Luminous flux | quantità di energia luminosa emessa da una sorgente nell’unità di tempo |
lumen | lm (= cd sr) |
| Illuminamento | Illuminance | flusso luminoso incidente per unità di superficie |
lux | lx (= lm/m2) |
| Intensità luminosa | Luminous intensity | flusso luminoso emesso per angolo solido unitario |
candela | cd |
Come si può notare i lumen sono collegati alla potenza della lampadina (Watt) ma l’illuminamento (Lux) è dato da
lm/m^2 e per questo torce con parabole diverse daranno illuminamenti diversi a parità di potenza: quindi una lampadina da 100 W con una parabola di 8° avrà un fascio molto più compatto e luminoso e penetrante rispetto ad una con una parabola di 100° che illuminerà però una zona molto più ampia, fig. 1.
Tipi di lampadine
Le torce subacquee si distinguono principalmente in tre grandi tipologie:
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Alogene
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LED
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HID
1. Alogene
Definizione: qualunque Bulbo di vetro che all’interno abbia un filamento (tipicamente in tungtsteno o affini) e che emetta luce secondo il principio dell’incandescenza (principio col quale viene a svilupparsi il fuoco) applicando direttamente ai poli un a tensione.
Le lampadine alogene, che dir si voglia, sono SEMPRE costruite con un filamento interno che va progressivamente ad esaurirsi: per quanto si tiene acceso il bulbo, il filamento diventa incandescente (cioè emette luce) e in questo frangente atomi di tungsteno vanno sempre di più a staccarsi dallo stesso, fino a quando, una volta diventato troppo sottile, esso va a rompersi e interrompere il processo di incandescenza (ovvero, si brucia la lampadina). Da qui è ovvio intuire che è solo una questione di tempo. Fattori come il tempo e le condizioni di utilizzo o la qualità con cui si costruisce un bulbo determinano spesso la durata della lampadina. La stessa lampadina, quindi può durare una banalità come un’infinità. Per rallentare questo processo di usura del filamento durante il periodo di utilizzo, si è scoperto che, riempiendo il bulbo alogeno con gas come Xeno, la vita del bulbo viene lievemente allungata. Dal filamento di tungsteno evaporano degli atomi che si combinano con quelli degli alogeni e si forma così un composto gassoso che ricade sul filamento incandescente, ridepositando gli atomi di tungsteno. Gli atomi degli alogeni sono di nuovo liberi di ricombinarsi con gli atomi di tungsteno. In questo ciclo, detto di rigenerazione, sta il segreto di lunga durata di questo particolare tipo di lampade ad incandescenza.
Le lampade alogene sono sicuramente le più comuni che possiamo trovare in commercio; ne troviamo di moltissimi tipi e potenze. In linea generale per immersioni ricreative/avanzate senza esigenze particolari 50 W con un’autonomia di 50/60 minuti sono sufficienti; ovviamente 100 W sono meglio ma, aumentando la potenza, si riduce la durata o aumenta il costo per avere batterie più capienti. Spesso nelle alogene si usano le lampadine allo Xeno, che danno una luce molto più bianca (circa 3500 K).
| Vantaggi | Svantaggi |
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2. Lampade a LED
Il termine “LED” è un acronimo che sta per “Light Emitting Diode”, ovvero “diodo che emette luce”. I LED sono costituiti da una giunzione P-N realizzata con arseniuro di gallio o con fosfuro di gallio, entrambi materiali in grado di emettere radiazioni luminose quando siano attraversati da una corrente elettrica; il valore di tale corrente è compreso fra 10 e 30 mA.
Il funzionamento del LED si basa sul fenomeno detto “elettroluminescenza”, dovuto all’emissione di fotoni (nella banda del visibile o dell’infrarosso) prodotti dalla ricombinazione degli elettroni e delle lacune, allorché la giunzione è polarizzata in senso diretto.
I LED hanno un terminale positivo ed uno negativo e, per funzionare, devono essere inseriti in circuito rispettando tale polarità; in genere il terminale positivo è quello più lungo, ma lo si può individuare con certezza osservando l’interno del LED in controluce: come si vede in figura, l’elettrodo positivo è sottile, a forma di lancia, mentre il negativo ha l’aspetto di una bandierina.
Quando si utilizza un LED, è necessario disporre sempre una resistenza in serie ad esso, allo scopo di limitare la corrente che passa ed evitare che possa distruggersi; la caduta di tensione ai capi di un LED può variare da 1,1 a 1,6 V, in funzione della lunghezza d’onda della radiazione emessa (a lunghezze d’onda minori corrisponde una caduta di tensione più alta).
Le lampade a LED hanno due grandi vantaggi: l’autonomia e la resistenza agli urti. Questo ne fa sicuramente una soluzione molto vantaggiosa nel caso di luci di back-up e per situazione dove si richiede una grande autonomia, come in grotta. Durante le immersioni diurne non hanno, però, la stessa resa che può dare un’alogena.
| Vantaggi | Svantaggi |
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Nella tabella seguente sono riportati alcuni chiarimenti sul funzionamento dei LED.
| Domanda | Risposta | |
| 1 | LED non generano calore | I LED generano calore, ma lo trattengono al loro interno, quindi è necessario che i cavi o l’involucro possano dissiparlo. Se non è progettato correttamente, il LED avrà una durata molto breve. |
| 2 | I LED non producono luce sufficiente per applicazioni di illuminazione generale |
I LED ad alta potenza emettono luce sufficiente per molte applicazioni di illuminazione speciali e generali. |
| 3 | La luce bianca dei LED non ha una qualità sufficiente a sostituire le lampade a incandescenza |
La maggior parte dei LED bianchi emette una luce con una temperatura di colore di 5500K. Pochissimi sono in grado di offrire una temperatura di colore che riproduce quella delle lampade a incandescenza. |
| 4 | Il CRI dei LED non è sufficiente per applicazioni di illuminazione |
In genere i LED bianchi hanno un indice di resa del colore di 60-70, sia a 3200K che a 5500K. |
| 5 | I LED ad alta potenza sono costosi | Considerando il rapporto lumen/$ i LED ad alta potenza possono rivelarsi i più convenienti tra quelli disponibili sul mercato. |
| 6 | I LED hanno una efficienza energetica migliore di qualsiasi altra sorgente luminosa |
I LED bianchi sono circa due volte più efficienti delle lampade a incandescenza. Data la sua natura direzionale, la luce emessa da un LED si controlla più facilmente, consentendo una illuminazione generale di efficienza superiore. |
| 7 | La discontinuità cromatica del LED bianco è troppo grande per poterne fare uso nelle applicazioni di illuminazione in generale. |
Date le caratteristiche di realizzazione del LED bianco è possibile produrre una gamma di colori. Durante la progettazione e la produzione illuminotecnica occorre prestare attenzione a gestire la distribuzione cromatica per produrre una soluzione di qualità. |
| 8 | È troppo complesso realizzare una soluzione di illuminazione LED |
Analogamente ad altre tecnologie di illuminazione, quali le lampade fluorescenti e quelle a luminescenza ad alta intensità (HID), i LED richiedono circuiti di azionamento ed elementi ottici e termici adatti per poter offrire tutti i loro vantaggi. |
| 9 | Tutti i LED hanno una durata di 100.000 ore |
È stato dimostrato che alcuni LED, in funzione del colore e della marca, mantengono la quantità di luce utilizzabile o significativa -circa il 70% della luce emessa in origine- per 6.000 ore o meno. |
| 10 | I complementi adatti all’impiego con i LED, come componenti ottici o termici e i driver elettronici non sono disponibili in misura sufficiente |
Attualmente esistono centinaia di produttori che offrono componenti per sistemi LED. |
3. Lampade HID
(High Intensity Discharge)
Sono lampadine senza filamento metallico. Due elettrodi immersi in un’atmosfera di Xeno sono collegati con i due poli del circuito elettrico. La scarica di elettroni tra i due produce una luce molto intensa, circa il doppio di quella delle lampade alogene, ed estremamente bianca (tale da apparire persino blu). Mancando il filamento, queste lampadine hanno una durata superiore a quelle convenzionali (ancora circa il doppio) e consumano il 70% in meno. Vanno regolate con centralina elettronica per evitare il danneggiamento in seguito a sbalzi di tensione.
Il rendimento delle lampadine HID è molto più alto delle lampade alogene e delle Xenophot; anche la resa luminosa è molto alta: una HID di 35W da 3500 lumen è pari a 100 lm/W, mentre per le alogene non survoltate (che durano circa 2000 ore) siamo intorno ai 25 lumen/watt; le alogene survoltate, invece, (durano circa 50 ore e molte delle lampade subacquee lavorano così) si attestano intorno ai 35 lumen per watt.
Se ne può dedurre che in prima approssimazione le HID hanno una resa 4 volte superiore e quindi, a parità di batteria, consentono una autonomia quadrupla.
Di contro le HID presentano alcuni svantaggi: il costo prima di tutto, in quanto solo la lampadina può costare anche più di 100 Euro! La centralina elettronica si aggira sui 200 Euro. Certo si risparmia sulla batteria, ma le tensioni in gioco sono dell’ordine di 6000-30000 Volt e, quindi, il tutto è sensibilissimo all’ umidità: anche una piccolissima quantità di acqua condensata genera archi che provocano danni irreparabili alla parte elettronica, con perdite economiche notevolissime.
| Vantaggi | Svantaggi |
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