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Una
fibra ottica convenzionale è un cilindro di vetro o di materiale
plastico, lungo, trasparente, flessibile a sezione circolare o
ellittica.Nella forma più semplice, la fibra ottica è costituita da due
strati coassiali: il nucleo centrale o core, all’interno del quale è
trasportato il flusso luminoso, e la guaina o cladding.Al fine di evitare
che la luce non scappi dalla fibra, si dà alla guaina un indice di
rifrazione inferiore a quello del nucleo (normalmente assai prossimo
all’unità). In sostanza la fibra è una guida che conduce la luce da
una sorgente verso un punto prestabilito che si vuole illuminare.Le onde
elettromagnetiche, di cui si compone la luce, vengono trasmesse lungo
condotti, costituiti da fibre ottiche, mediante un susseguirsi di
riflessioni delle stesse dalle pareti del condotto al nucleo e
viceversa.Questo significa che i condotti che “trasportano” la luce
non sono attraversati da corrente elettrica e quindi sono assolutamente
sicuri. Con
appositi filtri le fibre permettono di controllare l’emissione di raggi
infrarossi e quindi di eliminare le emissioni di calore e allo stesso
tempo di evitare l’emissione di raggi ultravioletti (evitando i rischi
di corrosione dei colori degli oggetti illuminati). L’utilizzo
di un sistema a fibre ottiche, come fonte di illuminazione, rende
possibile l’impiego in
campi dove fonti di illuminazione tradizionale non sono possibili. L’assenza
di corrente elettrica nei cavi, che rimane “confinata”
nell’illuminatore, offre degli spazi applicativi in ambienti umidi,
mentre l’assenza di radiazioni nocive, di cui la luce è
tradizionalmente satura, fa si che le fibre ottiche abbiano una grande
diffusione nel settore museale. Infine
il controllo, il direzionamento e il cambio colore ne fanno un sistema
ideale per applicazioni o allestimenti scenografici, cieli stellati
decorazioni e insegne. Tali sistemi a
fibre ottiche hanno dei costi iniziali superiori a quelli di impianti
tradizionali però portano a notevoli economia nella gestione
dell’impianto sia nel consumo di energia sia nella ridotta manutenzione
e comunque rendono possibili delle soluzioni innovative impraticabili
con altri mezzi.
Un
sistema a fibre ottiche per illuminazione si compone di:
L’illuminatore
è costituito da una scatola contenente l’alimentatore, la sorgente
luminosa, i filtri cromatici, una ventola di raffreddamento e le parti
ottiche necessarie a convogliare i raggi luminosi all’interno dei
condotti. A seconda delle
applicazioni possono variare le caratteristiche e le dimensioni degli
illuminatori che possono essere suddivisi in due tipologia a seconda del
tipo di lampada.Tra i più diffusi ci sono quello con lampada a ioduri
metallici HQI e quello dicroico. Il
primo è adatto per situazioni dove è necessario intervenire con
quantità di luce piuttosto elevate, mentre l’illuminatore
dicroico si presta per quelle applicazioni nelle quali lo spazio a
disposizione per lo stesso è piuttosto ridotto.
Per
ottenere variazioni di colore prestabilite si possono interporre tra il
connettore e la lampada dei dischi rotanti multicolori.Per poter
funzionare in modo ottimale l’illuminatore deve essere inserito in uno
spazio nel quale deve essere garantita una buona areazione con griglie o
dissipatori di calore, onde evitare aumenti incontrollati di temperatura
dannosi per il sistema in quanto, a differenza dei condotti ottici e delle
teste di luce, nell’illuminatore viene prodotto molto calore.
All’illuminatore
viene collegato il fascio di conduttori di fibre ottiche che si compone di
una serie di conduttori di pari o diverso diametro, raccolti ad una
estremità della fibra in un unico dispositivo chiamato connettore comune
ed aventi all’altra estremità un terminale o rivetto in ottone per il
fissaggio su supporti fissi o orientabili, nel caso di fibra in PMMA non
inguainata la fibra viene fissata con colla su un supporto e tagliata a
raso.Il diametro delle fibre ottiche può variare a seconda
dell’intensità del fascio luminoso richiesta. I materiali idonei per la costruzione di guide
di luce sono il PMMA (polimetimetacrilato) e cui
fibre sono dette anche
fibre sintetiche e le fibre di vetro, entrambi garantiscono la riflessione
totale dei raggi luminosi e
dispersioni minime. Le fibre ottiche vengono assemblate in
fascetti, sino ad ottenere il diametro ottico desiderato, ed inserite in
un cilindro che ne costituisce il rivestimento. Come
anticipato sopra, per ottenere i migliori rendimenti, il nucleo deve avere
un indice di rifrazione superiore a quello del rivestimento o
involucro. Nel caso di impiego del vetro le fibre sono
costituite da filamenti del diametro di circa 50 micron inguainati in
cilindri, anch’essi di vetro, ma con indice di rifrazione diverso.
Le singole fibre vengono poi riunite in fasci
che ne aumentano la consistenza e che sono chiamati “guide ottiche” o
code e suddivise in size (da 1 a 24 le più usate). Il materiale ottico viene poi classificato
a seconda della perdita di carico di luce per chilometro; ad
esempio una vibra di vetro siglata 150dB significa che subisce una perdita
di carico di luce di 150 decibel per chilometro. Per garantire resistenza meccanica alle fibre
e permettere allo stesso tempo una buona flessibilità, i conduttori sono
rivestiti da una guaina in PVC autoestinguente o in gomme di siliconi.
Ad esempio in una coda di fibra di vetro size
24 – diam. interno 6 mm. ci sono circa 10.000 fili di vetro da 50
micron. La lunghezza dei condotti in impianti di tipo
standard è di circa 2, 3 mt. ma è consigliabile non superare i 10 mt.
di lunghezza in quanto l’efficienza luminosa delle fibre ottiche
tende a ridursi del 2/2,5% per ogni metro di condotto utilizzato. Particolare attenzione deve essere posta nel
curvare le fibre, poiché può accadere che il flusso luminoso esca
dall’interno della fibra. Esiste un
limite di curvatura, normalmente precisata dal costruttore, che è un
multiplo del diametro della fibra (normalmente 4 volte il diametro). La luce che si propaga dal terminale della
fibra è direzionale, cioè è contenuta in un cono di emissione il cui
asse principale coincide con l’asse del segmento finale della fibra. L’ampiezza
del cono è di circa 50° che, mediante lenti, può essere ridotta fino a
10°. Sul terminale dei condotti vengono poi fissati
dei faretti dotati di sistemi di ancoraggio
che consentono di fissare la fibra agli elementi dell’ambiente
d’installazione (soffitti, pareti, strutture, pareti di piscine),
di orientare il fascio luminoso ed eventualmente, con l’ausilio di
lenti, convergere il fascio luminoso in un punto ben preciso. Esistono anche
fibre ottiche ad emissione laterale, che cioè emettono luce uniforme su tutta la lunghezza del cavo;
Sono composte da una monofibra in PMMA inguainata con PVC trasparente
(tipo Lumenyte) oppure in
matasse di fibre di diam. 0,75
mm o 1 mm. o vetro da 50 micron intrecciate fra loro e inguainate sempre
con PVC trasparente (tipo Supervision,
Fiberstar e Schott).Hanno un diametro variabile dai 2,2 mm. ai 16
mm.
I
campi di validità d’uso delle fibre ottiche sono:
-
ambienti
a rischio (di esplosione, incendio ecc.), in cui sia più conveniente
trasportare la luce che l'elettricità
-
ambienti
d’arte nei quali la presenza di radiazioni ultraviolette o
infrarosse è
considerata nociva per la conservazione delle opere;
-
apparecchiature
bio-medicali;
-
piscine,
fontane e specchi d’acqua;
-
illuminazione
di vetrine ed espositori;
-
insegne;
-
cieli
stellati, effetti decorativi, scenografie ecc.
I
limiti delle fibre ottiche sono riscontrabili nella produzione di livelli
di illuminamento piuttosto bassi, che le rendono non adeguate per
l’illuminazione generale di ambienti estesi, o negli esterni quando vi
è luce diurna, essendo più adatte per l’illuminazione di ambienti
semibui o per un tipo di illuminazione segnaletica. Altri
limiti sono l’alto costo iniziale per la realizzazione di un impianto a
fibre ottiche e la scarsa conoscenza del prodotto da parte degli
installatori.
Applicazioni
delle fibre nel settore delle insegne luminose
Insegne
a cassonetto con frontale in
plexy o PVC decorato con vinile –
il frontale viene forato (a mano o con fresa)
in corrispondenza delle bordatura delle lettere o all’interno
delle stesse o sparse a mò di cielo stellato. I fori sono realizzati con punte
da 0,5 mm a 3 mm. di diametro e su ogni foro (distanziato da 0,5 a
2 cm. uno dall’altro) vengono inserite fibre ottiche in PMMA non
inguainate di pari diametro del foro. Queste
vengono incollate al pannello con della colla epossidica bicomponente e
all’interno del cassonetto raggruppate su un connettore e fissate ad un
illuminatore con lampada dicroica dai 50 ai 75W. Le
fibre sul frontale del pannello vengono tagliate a raso.
Illuminazione di profili di
edifici – percorsi ed altro
In
queste applicazioni si utilizza il cavo Sideglow ad emissione laterale con
illuminatore con lampada da 150W HQI – tale cavo ha una luminosità
costante su circa 20/30 mt. con il cavo collegato ad anello oppure ponendo
gli illuminatori alle due estremità del cavo posso coprire una distanza
fino a 30 mt. Non è consigliabile il suo utilizzo per creare delle
scritte tipo neon sagomato perché l’effetto non è paragonabile a
quello tipico del neon.
La
filosofia nell’utilizzo di questa, come delle altre sorgenti luminose,
è improntata sulla conoscenza tecnica approfondita di tutte
le fonti luminose da parte di chi deve progettare e/o installare
sistemi luminosi.
Questo
permette di scegliere, di volta in volta, la sorgente più adatta alle
condizioni dell’applicazione.
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