AYDINLATMA TEKNİĞİ DERS NOTLARI

Transkript

1 AYDINLATMA TEKNİĞİ DERS NOTLARI AYDINLATMANIN BİLEŞENLERİ Genel olarak aydınlatma, amacı bakımından; fizyolojik, dekoratif ve dikkati çeken aydınlatma olarak üçe ayrılıyordu. Bunlardan bilhassa fizyolojik aydınlatma çok önemlidir. Bu suni aydınlatma sağlıklı ve ekonomik olmalı ve cisimlerin canlı görülmelerini sağlamalıdır. İyi bir aydınlatmanın niteliğini tayin eden büyüklükler (aydınlatmanın bileşenleri) şunlardır: 1) Aydınlık Düzeyi ve Parıltı Gayeye uygun bir aydınlatma yapılabilmesi, öncelikle o yer için gerekli aydınlık düzeyinin iyi bir şekilde seçilebilmesiyle sağlanır. Aydınlık düzeyi genellikle zeminden 80 ile 100 cm yükseklikteki çalışma düzlemine göre ortalama bir değer olarak verilir. L = ρ. E eşitliğinden L ile E nin birbirine bağımlılığı açıkça görülmektedir. 2) Aydınlatmanın düzgünlüğü a) Yer bakımından düzgünlüğü Göz daima görüş alanındaki parıltıya intibak eder. Aydınlığı düzgün olmayan yerlerde farklı parıltılarla karşı karşıya kalan göz, uygun görme şartlarından uzaklaşır. Bu sebeple aydınlatılan ve birbirine komşu durumda olan hacimlerin aydınlık seviyeleri arasında fazla bir fark olmamalıdır. Yer altı geçitleri ve tünellerdeki aydınlatmanın, gözün rahat bir şekilde adaptasyon yapabilmesini sağlayacak nitelikte olması gerekir. Zira göz parıltı değişikliğine yavaş yavaş uyabilir. Gözün bilhassa karanlığa adaptasyonu uzun zamana ihtiyaç gösterir. b) Zaman bakımından düzgünlüğü Aydınlığın zaman bakımından dalgalanmaları o kadar yavaş ve hızlı olmalıdır ki, gözü rahatsız edici bir etki meydana getirmesin. Aksi halde, yani ışığın titremesi ve bu titreşmenin uzunca bir süre devam etmesi halinde, insanda huzursuzluk ve gözde yorulma hasıl olur. Frekansı 50 Hz olan şebekelerde, akkor Flamanlı lambaların ısı nedeni ile titreşimleri olmaz. Fakat deşarj lambalarında (mesela fluoresan lambalarda) ışık, akım değişimini hemen hemen gecikmesiz izlediğinden, oldukça belirli ışık titremeleri meydana gelir. Çünkü 50 Hz lik A.C. ile beslenen her deşarj lambasında lamba akımı saniyede 100 defa sıfırdan geçer. Yani lamba 100 defa yanar ve söner. Fliker olayı adı verilen bu yanma ve sönme hadisesi gözü yorar. Ayrıca bu titremeler, Stroboskopik olaylara (hareket ve hız yanılmalarına) sebep olurlar. Böylece birçok iş kazası meydana gelir. Stroboskopik olayların önüne geçmek üzere trifaze sistemle beslenen tesislerde, bilhassa dönen makinelerin bulunduğu atölye, fabrika laboratuar vb. yerlerin aydınlatılmasında kullanılan fluoresan lambaların ayrı ayrı fazlardan beslenmesi cihetine gidilir. En iyi çözüm yolu; armatürlerin üçlü teşkil edilmesi ve lambanın ayrı faza bağlanmasıdır. 3) Gölge Cisimlerin canlı görünüşleri büyük ölçüde gölge ile sağlanır. Ancak ışık kaynaklarının aydınlatılacak yere dağıtımında rahatsız edici gölgelerin meydana gelmemesine de dikkat edilmelidir. 4) Işık Rengi Normal aydınlatma problemlerinde ışık rengi, tabi ışık rengine yakın olmalıdır. Bugün çok kullanılan akkor telli lambaların ışık rengi, tabi gün ışığı rengine tam olarak uymaz. Fakat birçok iş için bunun önemi yoktur. Bazı durumlarda renkli ışık kullanmak işin verimini arttırır. Mesela kömür ocaklarında kömürün cıva buharlı lambalarla aydınlatılması, ayıklama işini kolaylaştırır. Büyük yerleşim bölgelerinde kavşakların sodyum buharlı (sarı renkli) lambalarla aydınlatılması da, sürücüler için büyük kolaylık sağlar. 1

2 5) Kamaşma Kamaşma, yüksek değerdeki parıltının neticesi olarak meydana gelir. Görme duygusunu azaltır ve gözü yorar. Sürekli kamaşma altında kalan kimselerde göz hastalıkları ortaya çıkar. Kamaşmanın sebepleri genel olarak aşağıdaki gibidir: a) Işık kaynağının çok parlak olması b) Işık kaynağının göze yakın olması c) Madeni eşyalardan yansıma olması d) Çalışma yeri ile çevre parıltısı arasında büyük fark olması Kamaşmanın önlenmesi için aşağıdaki tedbirler alınmalıdır: a) Işık kaynakları armatürsüz kullanılmamalıdır. b) Armatürler uygun seçilmelidir. c) Armatürler çalışma düzlemine göre yeterli bir yüksekliğe asılmalıdır. d) Aydınlatmada iş yeri ile çevre parıltısı arasındaki farkın az olmasına dikkat edilmelidir. IŞIK VE GÖRME OLAYI Kuantum ve dalga teorisine göre ışığın tanımı iki şekilde yapılır. a) Kuvantum Teorisi : Eğer bir atoma verilen enerji onu iyonlaştırmaya yetmiyorsa atomda elektron kaybı olmadan başka değişiklikler (uyarılma hali) meydana gelir. Uyartılan bir atomun normal atoma göre daha büyük bir potansiyel enerjisi vardır. Böylece en dış yörüngedeki valans elektronlar çok kısa bir süre için daha yüksek bir enerji seviyesinde kalabilirler. Bu kısa süre sonunda tekrar eski hale dönerlerken almış oldukları fazla enerjiyi, frekansı f olan bir ışık yaymak suretiyle geri verirler. Oluşan bu ışık takriben km /sn lik bir hıza sahiptir. Atom normal hale dönünce ışık verme hadisesi durur. Bu ışıklar bir dalga zinciri şeklinde ve atom etrafında fırlatılmış gibi yoluna devam eder. Atoma yeniden aynı şekilde enerji verilirse birbirini takip eden ışık dalgaları oluşacaktır. İşte bu dalgalar ışığın en küçük parçasını teşkil eder ve foton (korpüskül) adını alır. Kepler ve Newton tarafından ileri sürülen ve Maxplane tarafından tanımlanan kuvantum teorisine göre ışık; foton şeklinde yayılan ve gözde bir uyarma tesiri meydana getiren özel bir enerji şeklidir. b) Dalga Teorisi : Dalga teorisine göre ışık elektromanyetik dalga, yani radyasyon enerjisinin özel bir şeklidir. Periyodu T olan bir dalga, c hızı ile yayınlandığında dalga uzunluğu (λ) λ = T.c dir. Elektromanyetik Dalgalar İçerisinde Işığın Yeri Elektromanyetik dalgalar dalga boyu ve frekans bakımından çok geniş bir bölgeyi kaplarlar. Şayet bu dalgalar dalga boylarına ve frekanslarına göre sınıflandırılacak olursa elektromanyetik spektrum (tayf) elde edilir. Elektromanyetik spektrumun sadece 3800 A 0 ile 7600 A 0 dalga boyları arası göze tesir eder. Göz bu dalga boyundaki elektromanyetik dalgaları ışık olarak değerlendirir. Işık bandının açılmış şekli de aşağıdaki gibidir. Göz için en rahat görme şekli 5500 A 0 de oluşan yeşil renkte oluşur. 2

3 0,01 A 0 1 A A A A A A A 0 Kozmik Radyum ışını (γ ışın.) Röntgen ı (X ışın.) Mor Kızıl Isı ışını (Rad.) En kısa Kısa Orta uzun Uzun Işık 5500 A A A A A A A A 0 Mor Mor Mavi Yeşil Sarı Turuncu Kırmızı Kızıl Ultraviyole Işınların Sakıncaları Göz kızarması, göz yanması, cilt yanması, ultraviyole ın zararlarındandır. Ultraviyole fluoresan ve deşarj lambalarından çıktıkları için aynı yanmalara sebep olur. Fluoresan lambalardan çıkan ultraviyole az olduğundan zararlı olmazlar. Bunun sebebi fluoresan ve camın ışını yutmasıdır. Cansızlar için de ultraviyole zararlıdır. Renklerin solmasına neden olurlar. Bir cisim üzerindeki renk, yansıtma özelliğinden başka bir şey değildir. Cisim hangi renkse diğer renkler yutulur, sadece o renkteki dalgalar yansır. IŞIK KAYNAKLARI Işığı üreten ya da ışığı yayan cihazlara ışık kaynakları denir. Işık kaynakları genel olarak tabii ve suni ışık kaynakları olarak ikiye ayrılır. Tabii ışık kaynaklarına örnek olarak güneş, ateş, fluoresan maddeler ve ışık veren aktif maddeler gösterilebilir. Suni ışık kaynaklarına örnek olarak mum, yağ kandili, gaz lambası ve elektrik lambaları gösterilebilir. Güneş, ay ve yıldızlar gibi tabii ışık kaynaklarının yetmediği durumlarda suni ışıktan faydalanılır. Bu nedenle insanlar başlangıçta 19. yüzyıl ortalarına kadar çıra ve mum kullanmışlardır da Kuzey Amerika da petrolün bulunmasıyla yağ lambaları kullanmaya başlamış, 1854 de Henry Goebel ve 1879 da Thomas Edison tarafından akkor telli lambanın bulunmasıyla diğer suni ışık kaynakları önemini yitirmiştir. Daha sonra da fluoresan, sodyum buharlı ve civa buharlı lambaların bulunup geliştirilmesiyle aydınlatma tekniği bugünkü seviyesine ulaşmıştır. Bir ışık kaynağında aranan özellikler; 1- Etkinlik faktörünün büyük olması 2- Lambanın ömrünün uzun olması 3- Lambanın şekil bakımından kararlı ve sarsıntıya dayanıklı olması 4- İşletmede basit olması 5- Işık renginin mümkün olduğu kadar güneş ışığına yakın olması 3

4 Akkor Telli Lambalar Işık kaynaklarının etkinlik faktörleri sıcaklığa çok bağlıdır. Bu nedenle akkor halindeki bir tel ile ışık elde edilmesinde en önemli mesele mümkün olduğu kadar yüksek sıcaklıklara çıkarılabilen ve bu sıcaklılarda kimyasal ve fiziksel özelliklerini kaybetmeyen cisimler bulmaktır. Akkor telli (flamanlı) lamba, kapalı bir hücrede bulunan bir telin elektrik akımıyla ısıtılması sonucu, görülebilen bölgede elektromanyetik dalgalar yayımlayan bir ışık kaynağıdır. Kömür Telli Lambalar Başlangıçta akkor telli lambalarda flaman olarak kömür teller, kömürleştirilmiş selüloz ipleri ya da bitkisel lifler kullanılıyordu. Bunun nedeni kömürün kullanılması söz konusu olan platin gibi madensel tellere göre yüksek ışınım yeteneğine haiz siyah cisme daha yakın olmasıdır. Ancak osmiyum, tantal ve özellikle tungsten gibi metallerin belirli bir sıcaklıktaki ışınımlarının görülebilme faktörleri kömüre göre daha yüksektir. Bu nedenle daha az enerji yayımlamalarına karşın bu maddelerin ışıksal etkinlikleri daha büyük dolayısıyla W başına ürettikleri ışık akısı daha çoktur. Kömürün ergime derecesi K Tungstenin ergime derecesi K Kömürün buharlaşma ısısı K Bu lambaların etkinlik faktörü çok küçüktür, ekonomik değillerdir ve ömürleri çok kısadır. Bugün daha çok ışın tedavisinde ve sarsıntılı iş yerlerinde mekanik dayanımı yüksek olduğundan tercih edilirler. Tungsten Telli Lambalar Tungsten tantaldan daha yüksek bir sıcaklıkta çalıştırılabildiğinden yüksek etkinlikli lamba telleri oluşturulmasına elverişlidir. Günümüzdeki akkor telli lambalarda tungsten teli kullanılır. Özgül direnci büyük olduğundan, tel uzunluğu eski lambalara göre kısadır. Akkor telli lambalar boşluklu, gazlı ve buharlı (halojenli) olarak üç sınıfa ayrılırlar. Boşluklu Lambalar Boşluklu lambalarda ampul havası boşaltılmış bir hücreden oluşur. Tungsten telinin ömrünü azaltan hava ve nem izlerini yok etmek için tel, get tel denilen bir eriyiğe batırılır. Ampule yerleştirildikten ve havası boşaltıldıktan sonra telden normal değerinde büyük bir akım geçirildiğinde, get tel ani olarak buharlaşır ve molekülleri hızla fırlarken yollarındaki hava ve su buharı moleküllerini beraberinde sürükleyerek ampul camına saplanmasını sağladığından, ampulün içi som hava ve nem izlerinden arındırılır. Gazlı Lambalar Gazlı lambalarda cam balon asal bir gazla doldurulur. Gaz tel yüzeyine basınç etkisi yaparak tungsten parçacıklarının uzaklaşmasına bir dereceye kadar engel olur. Fakat dolgu gazında ısı kayıpları artar. Bunun için de tel helis şekkinde sarılır. Gazlı akkor telli lambalarda gaz tungsten telinin buharlaşmasına engel olmak için kullanılmaktadır. Oysa gazlı deşarj lambalarında gaz elektrik akımının geçtiği yeri ve ışığın üretildiği ortamı oluşturmaktadır. Düz volfram teli kullanılarak yapılan lambaların etkinlik faktörü 8-10 lm/w olurken, içi asal gazla doldurulmuş helisel lambaların etkinlik faktörleri lm/w değerlerine ulaşır. Helisel telli lambalar adi akkor telli lambalar olarak, 15W ile 2000 W arası imal edilirler.(15, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 1000, 1500, 2000 W) 15 W ile 200 W arasındaki akkor telli lambalar Edison duyu denilen ve E-27 ile gösterilen duylara, 200 ile 2000 W arasındaki akkor telli lambalar da goliath duyu denilen ve E-40 ile gösterilen duylara sahiptirler. Ayrıca swan B22, küçük Edison E-14, küçük swan B15 ve minyatür Edison E10 duyları da vardır. Halojenli lambalar Halojenli lambalarda akkor tel spiral şeklinde olup iyot veya brom halojenlerinin buharıyla dolu dar bir kuvarst tüp içinde bulundurulmaktadır. İyot veya brom buharı tungsten telinin 4

5 buharlaşmasına kısmen engel olmakla birlikte, tüpün iç çeperinde ince bir katman halinde biriken tungsten ile birleşerek, tungsten iyodür veya tungsten bromür buharı oluşturur. Akkor telin yüksek sıcaklığının etkisiyle iyodür veya bromür ayrışır. Açığa çıkan tungsten akkor haldeki teli kaplayarak geri gelmiş olur. Serbest hale gelen iyot ya da brom ise aynı işlemleri tekrarlamaya hazır hale gelir. Akkor Telli Lambalarda Gerilimin Etkisi Lambaların imal edildikleri nominal gerilimi yükselirse belirli bir P gücü için telin direnci gerilimin karesiyle orantılı olarak artar. Bu nedenle tel çapının küçük ve uzunluğunun büyük yapılması nedeniyle dayanıklılığı azalır. Belirli bir nominal gerilim için imal edilmiş bir akkor flamanlı lambaya farklı bir gerilim uygulanırsa tüm karakteristikleri değişir. Gerilimi nominal lamba geriliminden sürekli olarak % 5 büyük olan bir şebekede lambanın akımı yaklaşık % 3, gücü % 7, ışık akısı % 20 ve etkinlik faktörü % 11 artar. Fakat lambanın ömrü % 50 kısalır. Işığın Rengi Gazlı akkor telli lambalar boşluklu lambalara göre daha beyaz ışık verirler. Bunun nedeni tel sıcaklığının daha yüksek oluşudur. Gazlı veya Madeni Buharlı Deşarj Lambaları Gazlar genellikle yalıtkandır; fakat enerji verilip serbest elektron üretilirse iletken hale geçerler. Deşarj lambalarının çalışma prensibi geissler tüpü esasına dayanır. Geissler tüpü havası azaltılmış basıncı birkaç mmhg sütununa düşürülmüş ve içerisinde iki elektron bulunan bir cam tüpten ibarettir. Elektroda doğru gerilim uygulanınca tüp içindeki mevcut serbest elektronlar hızlanırlar ve çarpma suretiyle iyonizasyon başlar. Elektron sayısı iyonizasyonla çok çabuk artar ve elektron çığları oluşur. Kütleleri küçük olan elektronlar iyonlardan en az 100 kez daha hızlı hareket ederler. Böylece tüp içinde elektron sayısı azalır, pozitif yük sayısı artar ve katod yakınında gerilim düşümü büyür. Tutuşma gerilimi tüpün boyutlarına, basınca ve gazın cinsine bağlıdır. Tüpün tutuşmasıyla iki ışıklı bölge meydana gelir. Bunlar negatif ışık bölgesi ve pozitif ışık bölgesidir. Bu iki bölgeyi ayıran bölgeye Faraday karanlık bölgesi denir. Fluoresan Lambalar Fluoresan lamba sadece alçak basınçlı, civa buharlı fluoresan tüplerin mor (ultraviyole) ı tarafından tüpün iç çeperindeki fluoresan katmanın uyarılmasıyla ışık üreten lambalardır. Bu lambalarda deşarjın ürettiği ışık akısı ihmal edilecek kadar azdır. Işık akısının hemen hemen hepsi fluoresan yolla elde edilmektedir. Fluoresan Tüplerde Işık Üretimi Fluoresan tüplerin içindeki alçak basınçlı civa buharının deşarjı esnasında ürettiği ışık akısı, spektrumun mavi bölgesinde bulunup çok küçük değerdedir. Tüm ışınlamanın % 4 ü kadardır. Buna karşılık mor bölgesinde A dalga uzunluklu ışınım şeklinde salınan enerji akısı tüm akının % 96 sını oluşturur. Tüpün iç çeperi üzerine bu ışınıma duyarlı olan fluoresan tozlardan bir katman oluşturulmakla görülmeyen ışınlama ışığa çevrilir. Fluoresan madde olarak çeşitli borat, silikat ve tungstatlar kullanılır. Belirli maddeler belirli renkte ışık verdiği için bunların karışımıyla da istenilen herhangi bir ışık elde edilebilir. Bunlar üç sınıfta toplanırlar. 1- Gün ışığı : Doğal ışığa yakın olup 1000 lüx den yüksek aydınlık seviyelerinin elde edilmesinde kullanılır. 2- Beyaz : Doğal ışıkla akkor flamanlı lambaların ışığı arasındadır. 200 ile 500 lüx lük aydınlık seviyeleri için uygundur. Özellikle büroların aydınlatılmasında kullanılabilir. 3- Sıcak beyaz : Akkor flamanlı lambaların ışığına yakındır. 100 lüx den aşağı aydınlık seviyeleri için uygundur. Genellikle konutlarda kullanılır. Fluoresan tüplerin ömrü, elektrot görevini yapan tungsten flamanlarla üzerindeki sıcakta elektron salan madde tarafından sınırlandırılmıştır. Fluoresan tüplerin etkinlik faktörü ışığın bileşimine göre değişmektedir lm/w arasında olup günümüzde bu değerler daha da yükseklere 5

6 çıkarılmıştır. Fluoresan tüplerle üretilen ışık akısı aynı güçteki akkor flamana göre en az 3-4 kat fazladır. 220 V 40 W fluoresan ampul için balasttaki güç kaybı yaklaşık 7 W civarındadır. Yurdumuzda en çok kullanılan fluoresan lambalar, ön ısıtmalı iki elektrot içeren bir tüp şeklindedir. Bu tüpün elektrotları helisel olarak sarılmış tungsten flamanlardan oluşturulmuş ve bunların iki uçları devreye bağlanmak üzere tüpün dışına çıkarılmıştır. Flamanların ısıtıldığında bol elektron salmaları için sıcakta elektron salan (termoemisif) bir madde (baryum oksit) ile örtülmüştür. Lambanın çalışma prensibini açık olarak görmek amacıyla starteri elle açılıp kapatılabilen bir anahtar olarak kabul edelim bu durumda lambanın parlaması üç aşamada olur. 2 1 c 1 2 f1 Hg+Ne+Ar f2 1 2 Balast A 220 V 1. Aşama: A anahtarı kapatılır. Bu durumda flamanlara 220 V luk şebeke gerilimi uygulanmış olur. Flamalar arası uzaklık büyük olduğundan bu evrede parlama olmaz. 2. Aşama: A anahtarı kapalıyken S butonuna basılır. Bu durumda devre f1-s-f2 üzerinden kapandığından flamanlardan I f akımı geçer. I f = 1,5 I n Bu akımdan dolayı ısınan flamanlar üzerindeki termoemisif maddenin elektron salmasına neden olur. Flamanlar etrafında birer bulut oluşturan elektronlar bir elektrik alanı etkisinde değillerdir. Çünkü basılı S düğmesi flamanları kısa devre ettiği için flamanlar arası gerilim sıfırdır. Bu aşamada da parlama olmaz. 3. Aşama: S düğmesine basıldıktan ve flamanların ısınması için yaklaşık 0,5-1 sn bekledikten sonra S anahtarı serbest bırakılarak, flamanların 1 ile 1 noktaları arasındaki kısa devrenin açılması sağlanır ve şebeke gerilimi flamanlara uygulanmış olur. I f akımının kesilmesinden dolayı balast reaktansında oluşan emk şebeke gerilimine eklenir. Flamanlar arasındaki gerilimin oluşturduğu elektrik alanının 6

7 etkisinde bulunan elektronlar hızlanırlar ve bunların neden oldukları çarpma yollu iyonlaştırmaların sonucu olarak parlama meydana gelir. Balast yardımıyla kararlılığı sağlanan I n lamba akımının balastta oluşturduğu gerilim düşümünden dolayı flamanlar arasındaki U L lamba gerilimi 220 V dan küçüktür. Starter Parlamayı elde etmek için daha önce elle kumanda edilen S butonu yerine otomatik bir anahtar olan starter kullanılır. İki tipi vardır; 1. Işıltılı starterler 2. Isısal (termik) starter İç tesisatta ışıltılı starterler kullanılır. Starter içinde uzunlamasına yerleştirilen, iki elektrot içeren bir deşarj hücresinden oluşmaktadır. Elektrotlardan birisi düz, diğeri ise genleşme faktörleri farklı iki metalden yapılmış, yani bimetal eleman olup kıvrıktır. Fluoresan tüpün fonik parazitlerini yok etmek üzere starter elektrotlarına paralel olarak 5000 pf değerinde bir kondansatör bağlanır. Starterin parlama gerilimi U sp, fluoresan tüpün besleme geriliminden küçük ve normal çalışma durumunda ki U L gerilimden büyüktür. Bu özelliğinden dolayı starter, fluoresan tüp yandığı sürece yeniden çalışmaz. U Ş > U sp >U L, U sp = V Fluoresan tüpü yakmak için A anahtarı kapatıldığında şebeke gerilimi hem flamanlara, hem de starterin elektrotlarına uygulanmış olur. Fluoresan tüpte parlamayı sağlamayan bu gerilim U sp den büyük olduğundan starterde bir ışıltı deşarj oluşturur. Bu deşarjın akımı miliamperler mertebesinde olmakla beraber starterin elektrotlarını ısıtır. Bu nedenle bimetalin eğriliği 1 konumundan 2 konumuna geçmekle düz elektroda değer. Bu elektrotlar birbirine değdiğinde Flamanlardan geçen I f akımı amper mertebesindedir, fakat buna karşın sıcak elektrotlar daha fazla ısınacağına soğur. Çünkü kısa devre konumunda olduklarından aralarındaki gerilim sıfırdır. Isıya dönüşen güç I.D.G. = U.Is Dolayısıyla ısıya dönüşen güç de sıfır olur. Bu nedenle kıvrık elektrot eski konumuna geçer ve devresi açılır. Fluoresan tüp parladıktan sonra normal çalışma rejimine girmekle flamanlar ve dolayısıyla starterin elektrotları arasındaki gerilim U L değerine düşer. Bu nedenle lamba yandığı sürece starter parlayamaz. Dolayısıyla fluoresan tüpün çalışmasını etkileyemez. 7