Le lampade HID

Le lampade a scarica ad alta intensità (high intensity discharge HID) sono costituite da un tubo di scarica (generalmente di vetro di quarzo) al cui interno è presente un gas rarefatto.

Alle estremità del tubo sono collocati due elettrodi. Se si applica tra i due elettrodi un'opportuna differenza di potenziale, si possono verificare all'interno del tubo di scarica urti ad alta velocità tra le particelle in movimento e gli atomi del gas. Gli urti provocano l'eccitazione degli atomi di gas, i quali poi ritornano nella loro configurazione stabile, emettendo una quantità di energia sotto forma di fotone. Se i gas presenti nel tubo di scarica sono vapori metallici di mercurio o di sodio, una parte della radiazione è emessa in corrispondenza di particolari lunghezze d'onda comprese nel campo del visibile. L'emissione luminosa di una lampada a scarica di gas dipende sia dal tipo di vapore metallico utilizzato, sia dalla pressione dello stesso all'interno del tubo di scarica.

Dal punto di vista elettrico, i maggiori problemi delle lampade a scarica di gas consistono nell'innesco della scarica (accensione) e nella sua stabilizzazione. Per facilitare l'accensione, un gas di riempimento detto gas d'innesco (gas rari: xeno, neon, argon, elio, cripto), avente la proprietà di ionizzarsi facilmente, viene inserito nel tubo di scarica insieme al metallo. A lampada fredda, il gas d'innesco è generalmente poco ionizzato e la pressione all'interno del tubo di scarica risulta bassa, per cui la probabilità che si verifichino degli urti è molto bassa. Per innescare la scarica sarebbe necessario applicare agli elettrodi una differenza di potenziale superiore alla tensione di rete (220V).

Si definisce tensione di innesco o di accensione la minima differenza di potenziale da applicare agli elettrodi in grado di attivare la scarica nel gas d'innesco. Per ridurre la tensione di innesco alla tensione di rete, si possono utilizzare i seguenti accorgimenti:

ridurre la distanza tra gli elettrodi in fase di accensione mediante un elettrodo ausiliario: in fase di accensione la scarica avviene tra un elettrodo principale e l'elettrodo ausiliario, mentre nel funzionamento a regime avviene tra i due elettrodi principali.
utilizzare un dispositivo elettronico (starter) che realizza un picco di tensione tra gli elettrodi in fase di accensione.

Dopo le scariche iniziali nel gas raro, la temperatura e la pressione all'interno del tubo tendono a crescere fino all'instaurarsi della scarica anche nel vapore metallico. A lampada innescata (calda) la scarica tenderebbe a crescere illimitatamente a causa del moltiplicarsi delle collisioni, innalzando ulteriormente i valori della temperatura e della pressione e compromettendo l'integrità della lampada stessa. E’ allora necessario inserire nel circuito di alimentazione della lampada un dispositivo elettronico (reattore) che assolva il compito di limitare e stabilizzare la scarica. Per tutti questi motivi, non solo l’accensione delle lampade a scarica di gas non è immediata, ma la presenza di dispositivi elettronici ausiliari (starter, reattore) fa sì che le lampade a scarica di gas assorbano una potenza superiore a quella nominale, proprio perché i circuiti elettronici ausiliari sono responsabili di un proprio assorbimento addizionale di energia.

Rispetto alle lampade ad incandescenza, le principali caratteristiche delle lampade a scarica di gas sono:

impossibilità di accensione a freddo e riaccensione a caldo istantanee;
più elevata efficienza luminosa (da un minimo di 35 lm/W ad un massimo di 200 lm/W);
più elevata durata media (da un minimo di 3000 ore ad un massimo di 12000 ore);
temperatura di colore variabile in un intervallo simile a quello della luce solare a mezzogiorno (6500 °K).

Le lampade a scarica di gas, in virtù dell'esteso campo di variazione delle loro caratteristiche illuminotecniche, presentano un campo di applicazione estremamente differenziato (dall'illuminazione in interni a quella stradale).

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