Análise da emissão acústica das lâmpadas HPS no modo de alimentação

Quando a lâmpada é alimentada de forma pulsada, podem ocorrer emissões de ruídos acústicos indesejáveis, mesmo quando a freqüência de repetição dos pulsos é selecionada de forma a não excitar modos de ressonâncias acústicas no interior do tubo de descarga. Os fenômenos responsáveis por essa emissão acústica são denominados de fenômenos magnetoelásticos e efeitos fotoacústicos.

Os efeitos magnetoelásticos são responsáveis pela deformação de materiais magnéticos quando submetidos a campos magnéticos variáveis.

O efeito fotoacústico ocorre quando gases confinados em volume fixo e iluminados por uma radiação de intensidade modulada, cujo espectro apresenta pelo menos um componente de freqüência que excita modos vibracionais ou translacionais da molécula do gás. A excitação dessas moléculas provoca colisões entre elas, que resultam em uma modulação de temperatura, que por sua vez, gera oscilações de pressão síncronas com a modulação da intensidade do feixe luminoso. No caso de sólidos a radiação luminosa absorvida aquece uma fina película de gás na sua superfície, que se expande e contrai, atuando como um pistão e emitindo sons.

O efeito fotoacústico em gases se manifesta no interior do tubo de descarga e em sólidos na película de ar que envolve o bulbo e a luminária (ou invólucro no qual se encontra a lâmpada).

Para quantificar os níveis de ruído acústicos produzidos pela lâmpada HPS com alimentação pulsada em alta freqüência modulada em baixa freqüência foi utilizada uma câmara anecóica, e diversas freqüências de modulação foram aplicadas à lâmpada.

Nessa câmara são inseridos microfones que captam os níveis de pressão sonora (N/m2) produzidos dentro da mesma, impedindo a interferência de agentes externos. Entretanto, existe um ruído de fundo inerente da própria câmera que deve ser considerado na análise do nível de pressão sonora global.

A câmara anecóica apresenta um ruído de fundo muito baixo em quase toda faixa do espectro audível, conforme pode ser visto na Fig. 6.22. Entretanto, para freqüências abaixo de 150 Hz o ruído de fundo apresenta elevados valores, contribuindo para o aumento do nível de pressão sonora global, que nesse caso foi de 30,57 dB.

Fig. 6.22 – Níveis de pressão sonora produzidos pela câmera anecóica.

O cálculo do nível de pressão sonora global não é linear sendo a contribuição das baixas freqüências muito mais expressiva que a contribuição das altas freqüências, o que justifica o nível de pressão sonora global apresentada pelo ruído de fundo.

O capacitor C1 do conversor em meia ponte utilizado foi de 56 nF. Para emular a corrente de pico a freqüência de comutação do conversor meia ponte foi de 55 kHz (valor médio da freqüência) e para emular a corrente de fervura a freqüência de comutação média foi de 12 kHz. Nessa condição de operação o conversor apresentou uma corrente de pico de 15 A.

A tensão de alimentação foi de 220 V eficaz e a razão cíclica da corrente em baixa freqüência foi de 40%, para todas as freqüências de modulação utilizadas.

A Fig. 6.23 apresenta o espectro do ruído produzido pela lâmpada Vialox NAV 150 W da Osram (ovóide), quando alimentada com uma corrente modulada em 200 Hz. A

emissão sonora nas freqüências próximas dos 12 kHz se deve a operação do conversor nessa freqüência durante o intervalo que emula a corrente de “fervura”. O nível de pressão sonora global produzida foi de 41,11 dB.

Fig. 6.23 – Espectro do ruído produzido pela lâmpada HPS ovóide com modulação em 200Hz. A Fig. 6.24 foi obtida realizando o mesmo ensaio com modulação da corrente em 200 Hz, só que utilizando uma lâmpada HPS Vialox NAV super 150 W da Osram (tubular). Nessa lâmpada o ruído acústico emitido ficou praticamente todo abaixo do limiar da audição, o que mostra que essa lâmpada não está emitindo ruído acústico audível.

As Fig. 6.25 e Fig. 6.26 apresentam o espectro produzido pela lâmpada HPS Vialox NAV 150 W da Osram (ovóide) e pela lâmpada HPS Vialox NAV super 150 W da Osram (tubular) respectivamente, quando alimentadas de forma pulsada em alta freqüência sem modulação em baixa freqüência. Percebe-se que em ambos os casos o ruído acústico produzido ficou praticamente todo abaixo do limiar da audição, comprovando que nesse modo de operação a lâmpada não emite ruído audível. A pressão sonora global produzida pela lâmpada foi de 40,71 dB

Fig. 6.25 – Espectro do ruído produzido pela lâmpada HPS ovóide sem modulação.

A Fig. 6.27 mostra o espectro do ruído acústico produzido pela lâmpada HPS Vialox NAV 150 W da Osram (ovóide) quando alimentada com modulação da corrente na freqüência de 500 Hz. O nível de pressão sonora global produzido nesse modo de operação foi de 36,22 dB.

Fig. 6.27 - Espectro do ruído produzido pela lâmpada HPS ovóide com modulação em 500 Hz. A Fig. 6.28 mostra o espectro do ruído acústico produzido pela lâmpada HPS Vialox NAV super 150 W da Osram (tubular) quando alimentada com modulação da corrente na freqüência de 500 Hz. O nível de pressão sonora global produzido nesse modo de operação foi de 32,86 dB. O nível de ruído acústico foi muito próximo do ruído de fundo, pois quase todas as componentes de freqüências do ruído ficaram abaixo do limiar da audição.

A Fig. 6.29 traz alguns exemplos de intensidade sonora para comparação. Faixa de Conversação dB(A) 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Barulho das folhas na brisa Ruído em um estúdio de rádio Quarto de dormir à noite Ruído em uma biblioteca Som em uma sala de estar Escritório

Voz humana (normal) Voz humana (alta) Ruído do tráfego urbano Ruído do metrô Oficina Mecânica Serra circular Buzina de automóvel Trovão forte Martelete pneumático Avião a jato na pista

Limite doconforto

Limite da dor

Limite da percepção

150

Fig. 6.29 – Alguns exemplos de intensidade sonora.

O nível de pressão sonora é calculado pela relação apresentada na Eq. (6.3) e é fornecido em dB [36]. 2 2 10 log P NPS Po ⎛ ⎞ = ⋅ _{⎜ ⎟} ⎝ ⎠ (6.3) Onde: P = pressão sonora (N/m2_);

O cálculo da pressão sonora produzida pela lâmpada é obtido subtraindo o ruído de fundo da câmera anecóica. Entretanto, a subtração deve ser feita utilizando os valores de pressão sonora, conforme apresentado na Eq. (6.4).

2 2 2

t f

P =P −P (6.4)

Onde:

Pt = pressão sonora total; Pf = pressão sonora do ruído de fundo.