corso di impianti elettrici
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Prof.Gianfranco Cellai
FONDAMENTI DI IMPIANTIFONDAMENTI DI IMPIANTI
ELETTRICIELETTRICI
Impianti Tecnici
Corso di Laurea in Scienze dell’Architettura
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Normativa di base
Per la progettazione degli impianti elettrici dal 1990 è in vigore la Legge 46/90 ora sostituita dalD.M. 37 del 22 gennaio 2008 (G. U. n. 61 del 12/03/2008) e dal DL 25 giugno 2008 n 112,"Regolamento concernente il riordino delle disposizioni in materia di attività di installazione degliimpianti all'interno degli edifici"; questo stabilisce quali siano i soggetti abilitati a progettare e
realizzare le principali tipologie di impianti relativi a tutti gli edifici e a quali obblighi e prescrizionidebbano attenersi tali soggetti.Fondamentale nella progettazione, realizzazione e collaudo di un impianto elettrico sono lenorme del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI), gli impianti elettrici in bassa tensione alimentatida un ente elettrocommerciale devono comprendere un impianto di messa a terra (sistema TT)in quanto necessario per la protezione dai contatti indiretti.
D.M. 37 del 22 gennaio 2008D.M. 37 del 22 gennaio 2008
(G.U. n. 61 del 12/03/2008)(G.U. n. 61 del 12/03/2008)
DLDL 25 giugno 2008 n 11225 giugno 2008 n 112
convertito in Legge 6 agostoconvertito in Legge 6 agosto
2008, n. 1332008, n. 133
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Campo di applicazione
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Scelta dei materiali
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DPR 447/91
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Adeguamento
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Dichiarazione di
conformità
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Certificato di abibilità
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Obbligo delprogetto
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TerminologiaTerminologia Tensione V (Volt, V): forza elettromotrice che muove gli elettroni in unconduttore a causa della differenza di potenziale applicata all’estremità di uncircuito elettrico (corrente elettrica); tipicamente nelle residenze è pari a 220 V
Corrente o Intensità I (Ampere, A) : intensità di corrente costituita dal
movimento degli elettroni, per convenzione dal polo positivo verso quellonegativo;
Corrente alternata: negli impianti cittadini la polarità +, - cambia con unafrequenza di circa 50 Hz (s-1)
Resistenza elettrica R (Ohm, Ω) : resistenza opposta dal conduttore almoto degli elettroni; sussiste la seguente relazione tra resistenza R, tensione
V e intensità I : R = V / IR = V / I (legge di Ohm)(legge di Ohm)
Potenza elettrica P (W) : P = V x I; ad es. una presa da 10 A porta unapotenza elettrica fino a: 220 V x 10 A = 2200 W (2,2 kW);
Circuito elettrico: ciascuna parte dell’impianto utilizzatore avente unica
alimentazione protetta da sovraccorrenti; ovvero i circuiti sono pari al n° diinterruttori automatici.
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Caduta di tensione in linea: è determinata dalla resistenza del circuito
R =ρ L/S con ρ = resistività del conduttore
L = lunghezza del circuito
S = sezione del conduttore
Impianto di Terra: sistema di protezione dalle tensioni di contatto accidentali deiconduttori metallici; costituito da conduttori e dispersori a contatto con il terreno(la massa metallica assume il potenziale di terra); la resistenza di terra Rt deveessere correlata all’intensità della corrente di scatto Id dell’interruttore
differenziale. Con l’impianto di terra la tensione non deve superare i 50 V.Interruttore automatico magnetotermico: interruttore della corrente posto asalvaguardia dei conduttori per evitare rischi di cortocircuito a causa delsuperamento dei valori dell’intensità di corrente prestabiliti Is (intensità della
corrente di scatto);Interruttore automatico differenziale (detto salvavita): interruttore di correnteposto a protezione delle persone che vengono accidentalmente in contatto conmasse metalliche sotto tensione; l’intensità di corrente di scatto Id assume
valori non superiori a 25-30 mA con interventi in circa 0,02 secondi;
f
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Segni grafici
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Generazione trifase e consegna dell’e.e.
Le reti di distribuzionepubbliche sono incorrente alternata allafrequenza di 50 Hz; larete è in collegamento
trifase R,S,T con ilneutro.
La consegna all’utentepuò avvenire in correntetrifase e neutro (380 V)oppure in monofase eneutro (220 V).
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Realizzazione delle colonne montanti secondo norme CEIRealizzazione delle colonne montanti secondo norme CEI--6464--8/58/5
conduttore di protezioneimpianto elettrico
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1 terreno esterno
2 collettore di terra
3a alimentazione elettrica dai contatori
3b alimentazione di protezione
4a/b scatole di derivazione e controllo
5 derivazione appartamento
6 quadro elettrico appartamento
Schema distributivo impianto condominialeSchema distributivo impianto condominiale
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Protezione dai contatti: sistema TTIl neutro è messo a terra in cabina e in più punti lungo la linea di consegna. L'impiantoelettrico privato è solitamente messo a terra attraverso un proprio impianto e con unproprio dispersore. In questo modo in caso di guasto verso terra di un apparecchio, sicrea una corrente di ritorno attraverso la terra che provoca lo scatto degli interruttoridifferenziali di protezione. Questo sistema è detto Terra-Terra (TT), obbligatorio in Italiaper tutte le utenze private in bassa tensione.
Interruttori di protezione
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Interruttori di protezioneProtezione delle persone (parte differenziale): poiché nella rete elettrica il conduttoreneutro è collegato a terra, qualunque collegamento tra la fase della linea elettrica e la
terra subisce un passaggio di corrente I3. Questa corrente si disperde a terra e nonritorna attraverso l'interruttore differenziale a monte dell'impianto, il quale rivela che lasomma delle correnti di nodo I1 +I2 non è più nulla ed interviene aprendo il circuitoelettrico.
Interruttore monofase differenziale-magnetotermicola leva del differenziale è bianca e al centro
le leve magnetotermiche sono nere a sinistrail tasto per il test di funzionamento è il bianco a destra
Protezione dal cortocircuito (Parte magnetica) Questo tipo di guasto si verifica quando due filiconduttori a differente potenziale (fase-neutro) entrano in diretto contatto tra loro, provocando unelevatissimo ed istantaneo flusso di corrente (corto circuito).
Protezione del sovraccarico (Parte termica) Questo problema si verifica quando l'intensità dicorrente supera i limiti costruttivi dell'impianto e in particolare la capacità dei fili conduttori di
smaltire il calore prodotto per effetto J oule.
P i li d t tti i di tti
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Pericoli da contatti indiretti
Resistenza di terra deve essereminore della resistenza minima
del corpo umano
Rt ≤ 50 / Ic
Rt ≤ 50/0,03 ≤ 1666 Ω
La resistenza di contatto del corpo umano Rc variada 2000 Ω (mani bagnate e calzature in cuoio) adoltre 10000 Ω (mani asciutte e calzature in gomma)con valori intermedi di circa 3000Ω : pertanto nellasituazione più vantaggiosa si ha che l’intensità dicorrente Ic che attraversa il corpo è pari a :
Ic = 220 V/10000 ≈ 0,03 A (30 mA)
Valore che posso assumere a riferimento per laresistenza di terra.
S h
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Schemaimpianto di terra
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Protezione dei componenti di impianto
La protezione dei componenti di impianto dalle infiltrazioni di acqua
e oggetti, ad es. la polvere, è desumibile dalla classificazione fatta
in base alle norme CEI 70.1.
I diversi gradi di protezione sono individuati mediante una sigla IPIP
seguita da due numeri XXXX, dove il primo indica la protezione
dall’acqua ed il secondo dall’ingresso di corpi solidi.
Si va pertanto dal grado minimo IP00 (non protetto), al grado
massimo IP68, ovvero apparecchio protetto totalmente dalla
polvere e dalla sommersione in acqua. Per esempio tipici
apparecchi illuminanti da esterno hanno valori IP 55, ovvero protettida getti d’acqua e dalla polvere.
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Protezione dal sovraccarico
In = corrente di portata dell’interruttoreIz = intensità di corrente in regime permanente
C i d ll’i i
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Componenti dell’impiantoGruppo di misura : è di proprietà dell’ENEL e normalmente è posizionato
in zona accessibile dai tecnici (es. vano scale condominiale). Esso ècostituito dal misuratore e da un limitatore di potenza relativo all’impegnocontrattuale. Con i contatori di nuova generazione la lettura dei consumi èdi tipo remoto, ovvero non è necessario accedere al contatore. Il contatore
misura i consumi (es. potenza di 1 kW x 1 ora = 1 kWh), mentre illimitatore misura la potenza istantanea utilizzata: quando questa superadel 10% il valore contrattuale (es. 3,3 kW), il limitatore interrompel’erogazione di energia elettrica fino alla riattivazione da parte dell’utente.Se l’utente ritiene di aver bisogno di maggior potenza deve richiedere unnuovo contratto.
Cavi unipolari: comprendono un solo conduttore;
Cavi multipolari: comprendono più cavi unipolari (es. tre cavi costituiti
dalla fase, il neutro ed il conduttore di terra);
Interruttori manuali: sono dispositivi atti ad interrompere l’erogazione die.e. sul circuito a comando dell’utente; es. nel caso di intervento diriparazione sul circuito. Normalmente sono presenti due o più interruttori.
In funzione del numero di circuiti neo quali è suddiviso l’impianto.
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Centralino di distribuzione (Q.E.) : accoglie gli interruttori generaliautomatici e manuali dei circuiti, oltre ad altri apparecchi quali suonerie,temporizzatore, allarmi, ecc.
Apparecchi di comando: sono i dispositivi che comandano l’accensionedegli apparecchi utilizzatori (luce, prese); essi sono l’interruttore, il deviatore,l’invertitore ed il pulsante.
Punto luce deviato: comandato da due posti distinti (due deviatori);
Punto luce invertito: comandato da tre o più posti distinti (due deviatori euno o più invertitori);
Punto luce interrotto: comandato da un solo posto.
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Potenze tipiche di apparecchi
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Potenza massima contemporanea P (W)degli elettrodomestici
forno elettrico + piastre elettriche: potenza nominale 2000 W;
lavastoviglie: potenza nominale 2000 W;
gruppo congelatore + frigorifero: potenza nominale 500 W;
cappa di aspirazione, comprese luci: potenza nominale 200 W;
piccoli elettrodomestici da cucina: potenza nominale 200 W;
Totale Potenza Pmax. 4.900 W
Considerando un fattore di contemporaneità pari a 0,5 si ha P=0,5*Pmax = 2450 W.
P t t d i d tt i
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Portata dei conduttori
Dimensioni tubi
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Dimensioni tubi
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Dimensioni cavi
Ci iti di di t ib i
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Circuiti di distribuzione
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Esempi di distribuzione
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Schema impianto a3 circuiti
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Schemaimpianto
a 5 circuiti
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Dotazioniminime
Norme UNI CEI
64-50
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Quote diinstallazione
Locale ingresso
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Locale ingresso
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Cucina
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Soggiorno
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Cameretta
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camera
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garage
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Centraletermica
Schema distributivo generale
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g
SEGNATURA DELLE TRACCE
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NB. Ricordarsi di verificare il progettodi arredamento e le quote diinstallazione, oltre ad evitare percorsi
tortuosi .
TRACCIATURA A MANO O CON FLESSIBILE
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NB. Nelle ristrutturazioniricordarsi sempre diverificare le possibiliinterferenze con altriimpianti sottotraccia quali
gli impianti di distribuzionedel gas, idrico-sanitari e diriscaldamento.
In particolare la rottura
accidentale delle tubazionidel gas può determinareseri pericoli per lasicurezza.
POSIZIONAMENTO CASSETTE E SCATOLE
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NB. Il posizionamentodeve rispettare alcuniprincipi generali quali laverifica delle quote e laposa con livella delle
scatole che sononormalmente appuntatecon malta a presa rapida ogesso prima della
chiusura finale delletracce.
POSIZIONAMENTO TUBI NELLE TRACCE
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NB. Ricordarsi sempre di eseguire
documentazione fotografica degliimpianti sottotraccia.
Verificare possibili interferenze con altriimpianti a pavimento e assicurarsi della
protezione delle tubazioni a pavimentocontro rotture e schiacciamenti
CHIUSURA TRACCE CON MALTA BASTARDA
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La chiusura delle tracce deve
avvenire con malta a base dicalce e cemento (premiscelati)della malta bastarda.
Questo perché in caso di
necessità di riapertura delletracce questa possa avvenireagevolmente.
Nel caso di ristrutturazioni èimportante che la finitura delle
tracce avvenga con particolarecura onde evitare che le stessesiano visibili eccessivamente.
PASSAGGIO CONDUTTORI ELETTRICI
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NB. Ricordarsi di rispettare i colori convenzionali che sono il nero/marrone per lafase, il celeste per il neutro ed il giallo-verde per la linea di terra.
Gli impianti ausiliari quali Telefono, TV, videocitofono,Hi-Fi, ecc. devono passare incondutture separate ed arrivare a scatole separate.
NB. E’ molto importanteproteggere l’estremità deicavi prima del passaggio deiconduttori dalla intromissionedi corpi estranei (malta,
detriti, ecc.), che possanorendere difficile o persinoimpedire l’operazione.
Normalmente si schiacciano itubi terminali portati fuori
dalle scatole, oppure siinseriscono tappi di fortuna(ad es. carta).
COLLEGAMENTO DEGLI APPARECCHI
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NB. Assicurarsi che siano lasciati cavi sufficientemente lunghi per poter portare gliapparecchi fuori dalle scatole per possibili successivi interventi di manutenzionee/o sostituzione come da figura.
CABLAGGIO CASSETTE DI DERIVAZIONE
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NB. Il cablaggio deve avvenire lasciando sempre cavi sufficientemente lunghi perconsentire operazioni di riparazione/manutenzione e soprattutto le teste dei conduttoridevono essere collegate tra loro con appositi morsetti, evitando assolutamente l’uso dinastro adesivo.
Morsetto di
collegamento
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L’illuminazione artificiale degli
interni
La luce è energia emessa nel campo di sensibilità dell’occhio umano
La natura della luce
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La luce è energia emessa nel campo di sensibilità dell occhio umano
caratterizzata da lunghezza d’onda comprese tra circa 0,38 μm e 0,78 μm,
0,38 μm 0,78 μm
Le grandezze illuminotecnicheΩ
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Flusso luminoso (φ) [lumen, lm]
Quantità di energia luminosa emessa nell’unità di tempo da una
sorgente.
Intensità luminosa (I) [candela, cd = lm / sr]Flusso luminoso emesso all’interno dell’angolo solido unitario
(steradiante) in una direzione data.
Illuminamento (E) [lux, lx = lm / m²]Rapporto tra flusso luminoso ricevuto da una superficie e area
della superficie stessa
Luminanza (L) [candela / m², cd / m²]Rapporto tra intensità luminosa emessa da una superficie in una
data direzione e l’area apparente di tale superficie.
dS
d E
Φ=
Ω
Φ=
d
d I
dS
dφ
α
=dS
dIL
Le relazioni tra le grandezze illuminotecniche
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( )2r
cosIE
θ⋅=
Incidenza normale (θ = 0°)
2
2
r
I
dSr dSI
dS
d I
dS
d E ==
θ⋅=
Φ=
Incidenza obliqua (θ ≠ 0°)
(legge del coseno)
dS
θ
r
Ω
n
Valori raccomandati secondo la norma UNI 10380
Illuminotecnica, illuminazione di interni con luce artificiale
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Indice di abbagliamento G, riferito alla sola
illuminazione artificiale, calcolabile mediante il
metodo descritto dall’appendice A della UNI
10380.
Valori raccomandati secondo la norma UNI 10380:1994/A1
Illuminotecnica, illuminazione di interni con luce artificiale
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Valori raccomandati per le scuole secondo la norma UNI 10840
locali scolastici - criteri generali per l’illuminazione artificiale e naturale
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Progetto di illuminazione di interni:
metodo del flusso totale
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Coefficiente di utilizzazione
t
u
Φ
Φ=η
Flusso totale richiesto
d
S E t
⋅
⋅=Φη
L
t nΦ
Φ=
Numero di sorgenti necessarieh
b2,0a8,0K
+=
b>a
h=altezza utile
Il coefficiente di utilizzazione dipende da:
• Sistema di illuminazione;
• Rendimento ν (%) dell’apparecchio;
• Coefficienti r di riflessione di soffitto e muri;• Forma del locale
Fattore di deprezzamento
Le sorgenti luminose subiscono neltempo una riduzione di flusso perinvecchiamento, deposito di povere ealterazioni delle superfici riflettenticompreso le pareti delle stanze.
Per questo si usa nei calcoliilluminotecnici un fattore didprezzamento d che si può assumere:
•d = 0,80 per illuminazione diretta
•d = 0,65 per illuminazione uniforme
•d = 0,60 per illuminazione indiretta
Dove: S = superficie da illuminare (m2)
d = fattore di deprezzamento (-)
η = coefficiente di utilizzazione (-)
Dove: Φu = flusso utile (lm)
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Si voglia illuminare un’aula scolastica avente le seguenti dimensioni :2
Esercizio
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a = 6 m b = 12 m S = 72 m2
h (altezza sul piano di lavoro) = (3 h lampade – 0,9 h tavolo) = 2,1 m
r (pareti e soffitto) = 50%
con il seguente sistema
•illuminazione diretta con d = 0,8;
•lampade fluorescenti tubolari da 40 W (1200 x 26 mm) flusso luminoso 3450 lm
•apparecchi con griglie di defilamento ν (%) = 55 %
•Illuminamento sul piano di lavoro E = 400 lux
h
b2,0a8,0K +=
d
S E t
⋅
⋅=Φη
= (0,8 * 6 + 0,2 * 12)/2,1 ≅ 3,4
Dalle tabelle risulta un coefficiente di utilizzazione η ≅ 41% e quindi il numero delle lampadenecessarie è pari a :
= (400 * 72)/ (0,41* 0,8) = 87.800 lm
L
t nΦ
Φ= = 87.800/3450 =26 lampade
Efficienza luminosa
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L'efficienza di una sorgente luminosa
è un parametro che valuta quanta
energia elettrica sia effettivamente
convertita in luce.
Eff = Φ /W [Im / Watt]
Riflettore dicroico
Le sorgenti luminose
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Possono essere artificiali (lampade) o naturali (luce del sole).
La lampada
• Costituisce il “cuore”dell’apparecchio ed è l’effettiva“SORGENTE LUMINOSA”
• E’ la lampada il primo elementoche determina la QUANTITA’ e laQUALITA’ della luce
• Il tipo di lampada scelta influiscedirettamente sulla PRESTAZIONELUMINOSA
lampada
Tipologie di lampade
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INCANDESCENZA
TUNGSTENO
ALOGENE
SCARICA
IODURI
METALLICI
FLUORESCENTI
FLUORESCENTI
COMPATTE
Lampade ad incandescenza
Dati tecnici
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Lampade fluorescenti lineari e circolari
Dati tecnici
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Lampade a incandescenzaLampade a incandescenza•• VANTAGGIVANTAGGI
BASSO COSTO
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- BASSO COSTO– MANUTENZIONE ASSENTE
– DIMENSIONI COMPATTE
– Buona resa cromatica
•• SVANTAGGISVANTAGGI
– CONSUMO ELEVATO
– DURATA RIDOTTA– CALORE EMESSO IN AMBIENTE
Spettro luminoso
Lampade fluorescenti compatte•• VANTAGGI VANTAGGI
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– COSTI CONTENUTI– BASSI CONSUMI
– DURATA ELEVATA
•• SVANTAGGISVANTAGGI
– DIMENSIONI– RESA CROMATICA scarsa
Spettro luminoso
Spettri delle sorgenti luminose fluorescenti
TC-D 26W Col 21 (4000 K)
TC-D Lampade fluorescenti compatte
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Alogena (2700 K)
TC D 26W Col 21 (4000 K)
TC-D 26W Col 31 (3000 K)
TC-D 26W Col 41 (2700 K)
Lampade a LED (Light Emitting Diode)
I LED sono uno speciale dispositivo formato da un sottile strato di
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Sono sempre più utilizzati in sostituzione delle
lampade tradizionali grazie all'efficienzaluminosa notevole, e quindi al ridotto consumo
energetico, di 40-60 lm/W contro i 20 lm/W di
una lampada a incandescenza, e di 25 lm/W di
una ad alogeni. Fondamentalmente, il limite deiLED per l’illuminazione è il flusso luminoso
ridotto, che può arrivare ai 120 lm, ma che nei
modelli economici raggiunge solo i 20 lumen,
contro i 550 di una lampada ad incandescenza da60 W.
Sono inoltre caratterizzati da elevata affidabilità
e lunga durata di esercizio (fino a 50.000 ore).
materiale semiconduttore che sottoposto a tensione elettrica rilasciaenergia sufficiente da produrre luce (fotoni).