Impianti Elettrici - 2011

 

FONDAMENTI DI IMPIANTI ELETTRICI

Impianti Tecnici Corso di Laurea in Scienze dell’Architettura dell’Architettura

Prof.Gianfranco Cellai

 

Normativa di base

D.M. 37 del 22 gennaio 2008 (G.U. n. 61 del 12/03/2008) DL 25 giugno 2008 n 112 convertito in Legge 6 agosto 2008, n. 133

Per la progettazione degli impianti elettrici dal 1990 è in vig vigor ore e la Legge 46/90 ora sostituita dal D.M. 37 del 22 gennaio 2008 2008 (G. U. n. 61 del 12/03/2008) 12/03/2008) e dal DL 25 giugno 2008 n 112, "Regolamento concernente concernente il riordino riordino delle disposizioni in materia di attività attività di installazione degli impianti 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 prescrizioni debbano attenersi tali soggetti. Fondamentale nella nella progettazione, realizzazione e collaudo di un impianto elettrico elettrico sono le norme del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI), gli impianti elettrici in bassa tensione alimentati da un ente elettrocommer elettrocommerciale ciale devono comprendere comprendere un impianto impianto di messa a terra (sistema TT) in quanto necessario per la protezione dai contatti indiretti.

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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 del progetto

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Terminologia Tensione V (Volt, V): V): forza elettromotrice che muove gli elettroni in un conduttore a causa della della differenza di potenziale applicata all’estremi all’estremità tà di un circuito elettrico elettrico (corrente elettrica); elettrica); tipicamente tipicamente nelle nelle residenze residenze è pari a 220 V intensità di corrente corrente costi costituita tuita dal dal Corrente Corre nte o Intensi Intensità tà I (Ampere (Ampere,, A) : intensità movimento degli elettroni, per convenzione dal polo positivo verso quello negativo; negli impi impianti anti citt cittadin adinii la pola polarità rità +, - camb cambia ia con con una una Corrente alternata: negli frequenza di circa 50 Hz (s -1)

Resistenza elettrica R (Ohm, Ω) : resistenza opposta dal conduttore al moto degli elettroni; sussiste la seguente relazione tra resistenza R, tensione V e int inten ensi sità tà I : R = V / I (legge di Ohm)

Potenza elettrica P (W) : P = V x I; ad es. una presa da 10 A porta una potenza elettrica fino a: 220 V x 10 A = 2200 W (2,2 kW); Circuito elettrico: ciascuna parte dell’impianto utilizzatore avente unica alimentazione alimentazio ne protetta da sovraccorrenti sovraccorrenti;; ovvero i circuiti circuiti sono pari al n° di interruttori automatici. Prof.Gianfranco Cellai

 

Caduta di tensione in linea: linea: è dete determin rminata ata dalla dalla resistenz resistenza a del circuito circuito R = ρ L/S

con ρ = resis resistivi tività tà del cond conduttor uttore e L = lunghezza del circuito

S = sezione del conduttore Impianto di Terra: Terra: sistema di protezione dalle tensioni di contatto accidentali dei conduttori metallici; metallici; costituito da conduttori e dispersori a contatto con il terreno (la massa massa metall metallica ica assume assume ilil potenzia potenziale le di terra); terra); la resis resistenz tenza a di terra Rt Rt deve essere ess ere correlat correlata a all’inten all’intensità sità dell della a corrente corrente di scatto scatto Id dell dell’int ’interrut erruttore tore differenziale. Con l’impianto di terra la tensione non deve superare i 50 V. Interruttore automatico magnetotermi magnetotermico co:: interruttore della corrente posto a salvaguardia dei conduttori per evitare rischi di cortocircuito a causa del superamen supe ramento to dei dei valo valori ri dell’ dell’inte intensit nsità à di corren corrente te prest prestabil abiliti iti Is (int (intensi ensità tà dell della a corrente di scatto); Interruttore automatico differenziale e (detto salvavita): interruttoreindicontatto correntecon posto a protezione delledifferenzial persone che vengono accidentalmente masse mass e metallich metalliche e sotto tensio tensione; ne; l’inten l’intensità sità di corrente corrente di scatto scatto Id Id assu assume me valori non superiori a 25-30 mA con interventi in circa 0,02 secondi; Prof.Gianfranco Cellai

 

Segni grafici

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Generazione trifase e consegna dell’e.e. Le reti di distribuzion distribuzione e pubbliche sono in corrente alternata alla frequenza di 50 Hz; la rete è in colle collegame gamento nto trifase R,S,T con il neutro. La consegna all’utente può avvenire in corrente trifase e neutro (380 V) oppure in monofase e neutro (220 V).

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Realizzazione delle colonne colonne montanti monta nti secondo secon do norme norme CEI-64-8/5 montanti secondo

conduttore di protezione impianto elettrico

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Schema distributivo impianto condominiale

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

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Protezione dai contatti: sistema TT Il neutro neutro è mess messo o a terra in cabina cabina e in in più pun punti ti lungo lungo la linea linea di consegna. consegna. L'impi L'impianto anto elettrico privato è solitamente messo a terra terra attraverso attraverso un proprio proprio impianto impianto e con un un proprio dispersore. dispersore. In questo questo modo in in caso di guasto guasto verso terra terra di un apparecchio, apparecchio, si crea una corrente di ritorno attraverso la terra che provoca lo scatto degli interruttori differenziali di protezione. protezione. Questo sistema sistema è detto Terra-Terra Terra-Terra (TT), obbligatorio obbligatorio in Italia per tutte le utenze private in bassa tensione.

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Interruttori di protezione Protezione delle persone (parte differenziale): differenziale): poich poiché é ne nelllla a rete elettrica il conduttore neutro è col neutro colle legat gato o a terra 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 non ritorna attraverso l'interruttore differenziale a monte dell'impianto, il quale rivela che la somma delle correnti di nodo I1 + I2 non è più nul nulla la ed ed interv interviene iene apre aprendo ndo il circui circuito to elettrico.

Interruttore monofase differenziale-m differenziale-magnetotermico agnetotermico la leva del differenzia differenziale le è bia bianca nca e al cent centro ro le leve magnetotermi magnetotermiche che sono nere a sinistra il tasto per il test di funzionam funzionamento ento è il bianco bianco a destra destra Protezione dal cortocircuito (Parte magnetica) Questo tipo di guasto si verifica quando due fili conduttori a differente potenziale (fase-neutro) entrano in diretto contatto tra loro, provocando un elevatissimo ed istantaneo flusso di corrente (corto circuito). Protezione del sovraccarico (Parte termica) Questo problema si si verifica quando l'intensità l'intensità di corrente supera i limiti costruttivi costruttivi dell'impianto dell'impianto e in particolare la capacità dei fili conduttori di smaltire il calore prodotto per effetto Joule. Joule. Prof.Gianfranco Cellai

 

Pericoli da contatti indiretti La resistenza di contatto del corpo umano Rc varia da 2000 Ω (mani bagnate e calzature in cuoio) ad oltre 10000 Ω (mani asciutte e calzature in gomma) con valori intermedi di circa 3000 Ω : pertanto nella situazion situ azione e più vant vantaggios aggiosa a si ha che che l’inten l’intensità sità di corrente corre nte Ic che attr attravers aversa a il corpo è pari a : Ic = 220 220 V/10 V/10000 000 ≈ 0,03 A (30 mA) Valore che posso assumere a riferimento per la resistenza di terra.

Resistenza Resisten za di terra terra deve esse essere re minore della resistenza minima del corpo umano Rt ≤ 50 / Ic Rt ≤ 50/0,03 ≤ 1666 Ω Prof.Gianfranco Cellai

 

Schema impianto 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, polvere, è desum desumibile ibile dalla dalla classificaz classificazione ione fatta in base alle norme CEI 70.1. I diversi gradi di protezione sono individuati mediante una sigla IP seguita da due numeri XX XX,, 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 protetti da getti d’acqua e dalla polvere.

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Protezione dal sovraccaric sovraccarico o

In = corrente di portata dell’interruttore Iz = intensi intensità tà di corr corrente ente in regi regime me perm permanen anente te

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Componenti dell’impianto Gruppo di misura : è di pro propri prietà età del dell’E l’ENEL NEL e norm normalm alment ente e è pos posiz izion ionato ato in zona accessibile dai tecnici (es. vano scale condominiale). Esso è costituito dal dal misuratore misuratore e da un limitatore limitatore di potenza potenza relativo relativo all’impe all’impegno gno contrattuale. Con i contatori di nuova generazione la lettura dei consumi è di tipo remoto, remoto, ovvero non è necessario accedere al contatore. Il contatore misura i consumi (es. potenza di 1 kW x 1 ora = 1 kWh), mentre il limitatore misura la potenza istantanea utilizzata: utilizzata: quando questa supera del 10% il valore contrattuale (es. 3,3 kW), il limitatore interrompe l’erogazione l’erogazion e di energia elettrica fino fino alla riattivazione riattivazione da parte parte dell’uten dell’utente. te. Se l’utente ritiene di aver bisogno di maggior potenza deve richiedere un nuovo contratto. Cavi unipolari: unipolari: comprendono un solo conduttore; Cavi multipolari: multipolari: comprendono comprendono più più cavi unipolari unipolari (es. tre cavi costituiti costituiti dalla fase, il neutro ed il conduttore di terra); Interruttori manuali: manuali: sono dispositivi atti ad interrompere l’erogazione l’erogazione di e.e. sul circuito a comando dell’utente; es. nel caso di intervento di riparazione sul circuito. circuito. Normalmente Normalmente sono presenti due due o più interruttori. In funzione del del numero di circuiti neo quali è suddiviso l’impianto l’impianto.. Prof.Gianfranco Cellai

 

Centralino di distribuzione (Q.E.) : accoglie gli interruttori generali automatici e manuali dei circuiti, oltre ad altri apparecchi quali suonerie, temporizzatore, temporizza tore, allarmi, ecc. Apparecchi di comando: comando: sono i dispositivi che comandano l’accensione degli apparecchi utilizzatori (luce, prese); essi sono l’interruttore, il deviatore, l’invertitore ed il pulsante. Punto luce deviato: deviato: comandato da due posti distinti (due deviatori);

Punto luce invertito: invertito: comandato comandato da tre o più posti distinti distinti (due deviatori e uno o più più inv invert ertito itori) ri);;

Punto luce interrotto: interrotto: comandato da un solo posto. Prof.Gianfranco Cellai

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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 lavastoviglie: potenza nominale g ru gierlaaztioornee+, cfroig nzoamnin ca pp pp aodc io an sp moprrifeesreo:lupcoi:tepnoztaen oa mle inale piccoli elettrodomestici da cucina: potenza nominale Totale Potenza Pmax.

2000 W; 2000 W; 5 20 00 0W W;; 200 W; 4.900 W

Considerando Consideran do un fattore fattore di contemporaneità contemporaneità pari a 0,5 si ha P=0,5*Pmax P=0,5*Pmax = 2450 W.

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Portata dei conduttori

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Dimensioni tubi

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Dimensioni cavi

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Circuiti di distribuzione

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Esempi di distribuzione

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Schema impianto a 3 circuiti

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Schema aimpianto 5 circuiti

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Dotazioni minime Norme UNI CEI 64-50

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Quote di installazione

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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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Centrale termica

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Schema distributivo generale

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SEGNATURA DELLE TRACCE

NB. Ricordarsi di verificare il progetto di arredamento e le quote di installazione, installaz ione, oltre ad evitare percorsi tortuosi .

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TRACCIATURA A MANO O CON FLESSIBILE

NB. Nelle ristrutturazion ristrutturazionii ricordarsi sempre di verificare le possibili interferenze con altri impianti sottotraccia quali gli impianti di distribuzione del gas, idrico-sanitari e di riscaldamento. In particolare la rottura accidentale delle tubazioni del gas può determinare seri pericoli per la sicurezza.

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POSIZIONAMENTO CASSETTE E SCATOLE NB. Il posizionamento deve rispettare alcuni principi generali quali la verifica delle quote e la posa con livella delle scatole che sono normalmente appuntate con malta a presa rapida o gesso prima della chiusura finale delle tracce.

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POSIZIONAMENTO TUBI NELLE TRACCE

NB. Ricordarsi sempre di eseguire documentazione fotografica degli impianti sottotraccia. Verificare possibili interferenze con altri impianti a pavimento e assicurarsi della protezione delle tubazioni a pavimento

contro rotture e schiacciamen schiacciamenti ti

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CHIUSURA TRACCE CON MALTA BASTARDA La chiusura delle tracce deve avvenire con malta a base di calce e cemento (premiscelati) (premiscelati) della malta bastarda. bastarda. Questo perc perché hé in caso caso di necessità nece ssità di riapert riapertura ura delle delle tracce questa possa avvenire agevolmente. Nel caso di ristrutturazio ristrutturazioni ni è importante che la finitura delle tracce avvenga con particolare cura onde evitare che le stesse siano visibili eccessivamente.

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PASSAGGIO CONDUTTORI ELETTRICI NB. E’ molto impo important rtante e protegge prot eggere re l’estr l’estremit emità à dei cavi prima del passaggio dei conduttori dalla intromissione di corpi estranei (malta, detriti, ecc.), che possano rendere difficile o persino impedire l’operazione. Normalmente si schiacciano i tubi terminali portati fuori dalle scatole, oppure si inseriscono tappi di fortuna (ad es. carta). NB. Ricordarsi di rispettare i colori convenzionali che sono il nero/marrone per la fase, 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 in condutture separate ed arrivare a scatole separate.

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COLLEGAMENTO DEGLI APPARECCHI

NB. Assicurarsi che siano lasciati cavi sufficientemente lunghi per poter portare gli apparecchi fuori dalle scatole per possibili successivi interventi di manutenzione e/o sostituzione come da figura.

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CABLAGGIO CASSETTE DI DERIVAZIONE

Morsetto di collegamento

NB. Il cablaggio deve avvenire lasciando sempre cavi sufficientemente lunghi per consentire operazioni operazioni di riparazion riparazione/manuten e/manutenzione zione e soprattutto le teste dei conduttori devono essere essere collegate tra loro con appositi appositi morsetti, morsetti, evitando assolutamen assolutamente te l’uso di nastro adesivo.

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L’illuminazione artificiale degli interni

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La natura della luce La luce energia ia emessa emessa nel campo campo di sensibil sensibilità ità dell’o dell’occhio cchio uma umano no luce è energ caratterizzata da lunghezza d’onda comprese tra circa 0,38 m e 0,78 m,

0,38 m

0,78 m

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illuminotecniche  Le grandezze illuminotecniche [lum umen en,, lm] lm]  Flusso luminoso luminoso (φ) [l Quantità Quan tità di energia energia lumin luminosa osa emessa emessa nell’u nell’unità nità di tempo tempo da una una

Ω

dφ

sorgente.

dS

[candel dela, a, cd cd = lm / sr]  Intensità luminosa luminosa (I) [can Flusso luminoso emesso all’interno dell’angolo solido unitario (steradiante) in una direzione data.

I=

[lux, x, lx lx = lm / m²] m²]  Illuminamento (E) [lu Rapporto tra flusso luminoso ricevuto da una superficie e area della superficie stessa

  d Φ E = dS

d Φ d Ω

 Luminanza (L) [candela / m², cd / m²]

Rapporto tra intensità luminosa emessa da una superficie superficie in una data direzione e l’area apparente di tale superficie.

L = dI dSα

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illuminotecniche Le relazioni tra le grandezze illuminotecniche  Incidenza normale (θ = 0°) n Ω

I

dS 2

E = d Φ = I ⋅ d θ = r  = I2 dS dS dS r 

r  

 Incidenza obliqua (θ ≠ 0°) (legge del coseno)

dS

E=

I ⋅  cos(θ) r 2

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Valori raccomandati secondo la norma UNI 10380  Illuminotecnica, illuminazione illuminazion e di interni con luce artificiale

Indice di abbagliamento G, riferito alla sola illuminazione artificiale, calcolabile mediante il metodo descritto dall’appendice A della UNI 10380.

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Valori raccomandati secondo la norma UNI 10380:1994/A1  Illuminotecnica, illuminazione illuminazion e di interni con luce artificiale

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Valori raccomandati per le scuole secondo la norma UNI 10840 locali scolastici scolastici - crite criteri ri generali generali per l’illuminazione l’illuminazione artificiale artificiale e naturale naturale

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Progetto di illuminazione di interni: metodo del flusso totale Flusso totale richiesto

Φ t  =

 E ⋅ S  η  ⋅ d 

Dove: S = superficie da illuminare (m 2)

Coefficiente di utilizzazione η  =

Φu Φ t 

Dove: Φu = flusso utile (lm)

d = fattore di deprezzamento (-) η  =

coefficiente di utilizzazione (-)

Fattore di deprezzamento Le sorgenti luminose subiscono nel tempo una riduzione di flusso per

 Il coefficiente di utilizzazione dipende da: • Sistema di illuminazione; •  Rendimento ν  (%) dell’apparecchio; • Coefficienti r di riflessione di soffitto e muri; • Forma del locale

invecchiamento, depositoriflettenti di povere e alterazioni delle superfici compreso le pareti delle stanze. Per questo si usa nei calcoli illuminotecnici un fattore di dprezzame dprez zamento nto d che si può assume assumere: re: • d = 0,80 per per illuminazi illuminazione one diretta diretta • d = 0,65 per per illuminazi illuminazione one uniforme uniforme

K =

0 ,8a + 0,2 b h

b>a h=altezza utile

 Numero di sorgenti necessarie

n=

Φ t  Φ L

• d = 0,60 per per illuminazi illuminazione one indiret indiretta ta  

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Esercizio Si voglia illuminare un’aula scolastica avente le seguenti dimensioni : 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

K =

0 ,8a + 0,2 b

= (0,8 * 6 + 0,2 * 12)/2,1 ≅ 3,4

h Dalle tabelle tabelle risulta un coefficiente coefficiente di utilizzazione η ≅ 41% e quindi il numero delle lampade necess nec essari arie e è par parii a :

 E ⋅ S 

Φ t  = η  ⋅ d 

n=

Φ t  Φ

= (400 * 72)/ (0,41* 0,8) = 87.800 lm = 87.800/3450 = 26 lampade

 L

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Efficienza luminosa

L'efficienza di una sorgente luminosa è un param parametro etro che valut valuta a quanta quanta energia elettrica sia effettivament effettivamente e convertita in luce.

Eff  = Φ /W [Im / Watt]

Riflettore dicroico

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Le sorgenti luminose

Possono essere artificiali (lampade) o naturali (luce del sole).

La lampada • Costituisce il il “c “cuore” lampada

dell’appa dell’a pparec recchi chio o ed è l’ef l’effet fettiv tiva a “SORGENTE LUMINOSA” • E’ la lampada il pr primo elemento che dete determi rmina na la QUA QUANTI NTITA’ TA’ e la QUAL QU ALIT ITA’ A’ de dell lla a luc lucee • Il ti tipo po di la lamp mpad ada a sce scelt lta a inf influ luis isce ce direttamente sulla PRESTAZIONE LUMINOSA 

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Tipologie di lampade INCANDESCENZA 

TUNGSTENO

ALOGENE

SCARICA 

IODURI METALLICI

FLUORESCENTI

FLUORESCENTI COMPATTE

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Lampade ad incandescenza Dati tecnici

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Lampade fluorescenti lineari e circolari Dati tecnici

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Lampade a incandescenza •

VANTAGGI - BASSO COSTO  – MANUTENZIO MANUTENZIONE NE ASSENTE  – DIMENSION DIMENSIONII COMPATTE  – Buona resa cromatica cromatica

•

SVANTAGGI  – CONSUMO ELEVATO  – DURATA RIDOTTA RIDOTTA  –

CALORE EMESSO IN AMBIENTE AMBIENTE

Spettro luminoso

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Lampade fluorescenti compatte •

   VANTAGGI VANTAGGI

– COS COSTI CO CONT NTE ENUTI – BASSI CO CONSUMI •

– DURATA ELEVATA 

  SVANTAGGI

– DIMENSIONI – RE RESA SA CR CROM OMAT ATIC ICA A sc scar arsa sa

Spettro luminoso

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Spettri delle sorgenti luminose fluorescenti TC-D Lampade fluorescenti compatte

TC-D 26W Col 21 (4000 K)

TC-D 26W Col 41 (2700 K)

TC-D 26W Col 31 (3000 K)

 Alogena (2700 K)

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Lampade a LED

(Lig (L ight ht Em Emit itti ting ng Di Diod ode) e)

I LED sono sono uno speciale speciale dispositivo dispositivo formato formato da un sottile sottile strato strato di materiale semiconduttore che sottoposto a tensione elettrica rilascia energia sufficiente da produrre luce (fotoni). Sono sempre sempre più più utilizz utilizzati ati in sostituz sostituzione ione delle delle lampade tradizionali grazie all'efficienza luminosa 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 dei LED per per l’illumin l’illuminazione azione è il flusso flusso luminoso 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 da 60 W. Sono inoltre caratterizzati da elevata affidabilità e lunga durata di esercizio (fino a 50.000 ore).