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Tema: Conceptos de iluminación y leds

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    Conceptos de iluminación y leds

    Se observa últimamente, con la salida al mercado de más sistemas de iluminación led para cultivo, un interés creciente en este tipo de iluminación. No obstante, observo q debido al largo dominio de las lamparas de descarga de alta intensidad (usaré HID en adelante, siglas inglesas), faltan los conceptos necesarios para explicar las diferencias.

    Así q el propósito de este hilo es, en primer lugar, explicar algunas cuestiones de base. Comenzaré explicando q es la luz, como se mide, etc, para luego adentrarme en como usan la luz las plantas y finalmente en los aspectos técnicos de los leds. Así habrá un hilo de referencia y evito tener q explicarlo todo todas las veces. Ruego no postear hasta q haya completado el hilo. Una vez terminada la exposición de conceptos, el hilo ya servirá para debatir como aprovechar mejor la luz en nuestros cultivos y como usar mejor los leds, así como analizar los diferentes sistemas comerciales q vayan saliendo.

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  3. #2
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    Qué es la luz

    La luz es una radiación electromagnética.

    La radiación electromagnetica se distingue por una característica esencial, la longitud de onda (l.o.). En función de la longitud de onda, la radiación electromagnética se clasifica con diferentes nombres, q configuran el espectro electromagnético. La luz visible, abreviado como "luz" habitualmente, es la franja q comprende las longitudes de onda q van desde 380 a 780 nm. (1nm=10^-7 m=diezmillonésima parte de un metro). No obstante la luz con l.o. menor de 400nm y mayor de 700nm tiene muy poco efecto sobre el ojo humano, por lo q usualmente se simplifica a las l.o. entre 400 y 700nm. Este rango también el q mejor usan las plantas, por lo q se le denomina PAR=Photosynthetic Active Radiation= Radiación Activa Fotosintética.

    (*nota: el motivo de usar las siglas inglesas es q así se encuentra mayoritariamente en la literatura técnica)

    Otro aspecto muy relevante sobre la r.e. es la dualidad onda-corpúsculo, q significa q podemos interpretar la luz a la vez como onda o como partícula (el fotón). Para describir la luz y su comportamiento, solemos referirmos a ella como onda (caracterizada por su longitud de onda), pero para referirnos a sus efectos, especialmente sobre las plantas, nos solemos referir a la luz como un chorro de partículas, los fotones. Esto es relevante porq la energía q porta un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda (más energía cuanto menor (más corta) es la l.o.), pero las plantas lo q absorben son los fotones, como unidad, independientemente de la energía q portan (recordemos q esta es mayor cuanto menor es la longitud de onda. Como veremos más adelante, este comportamiento es esencial a la hora de diseñar las iluminaciones más eficaces.

    Debido a ello, en botánica, la unidad usada para medir la luz es el mol de fotones (6,02*10^17 fotones, nº de Avogadro). Como esta cantidad es muy grande, para usar cifras manejables, usualmente se usa su millonésima parte, el micromol de fotones o microEinstein (?E, o uE por comodidad de teclado). La mejor manera de expresar la luz q reciben nuestras plantas (la q mejor se correlaciona con el crecimiento de las plantas) es pues, en micromols de fotones. Como referencia, un sodio de 400w emite unos 650 uE.

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  5. #3
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    Diferentes formas de medir la luz

    Hay diferentes unidades para describir la luz, pero hay q hacer una distinción básica entre dos tipos de unidades: las unidades fotométricas y las radiométricas.

    Las unidades fotométricas se refieren a la sensibilidad del ojo humano a la luz. Esto es, la magnitud física se corrige por unos coeficientes q describen nuestra sensibilidad a cada l.o. Estas unidades son las q conoce todo el mundo, especialmente el lm. No obstante debido a lo extrema q es nuestra sensibilidad a la luz, son muy malas medidas para saber cuanta luz disponible tienen las plantas. Un mol de fotones de 555nm (verde) produce 10 veces (nada menos) más lúmenes q un mol de fotones de 655nm (rojo) ó 475nm (azul).

    Las unidades radiométricas miden magnitudes físicas, y son las adecuadas para estudiar la luz y las plantas. Hay dos maneras de medir radiométricamente la luz, en función de su dualidad onda-corpúsculo. En watios (W), una medida de energía (en relación a su comportamiento como onda) o en fotones (uE, en relación a su comportamiento como partícula). Como la interaccion de la luz con la materia se produce en forma de partícula, esta es preferentemente la unidad q usaremos.

    No obstante, hay una conversión directa entre la energía q porta la luz (W) y el numero de fotones q transporta (o más precisamente, q portan esa enrgía), por lo q se pueden usar ambas medidas indistintamente. Usaremos una u otra en función de la aplicación.

    Para realizar las conversiones de W a uE, o de cualquiera de ellas a lm, es necesario conocer la distribución espectral de potencia (SPD=Spectral Power Distribution). Ésta suele ser aportada por los fabricantes de bombillas, y se da generalmente como un gráfico q abarca las l.o. visibles, y q muestra cuanta energía irradia la bombilla en cada l.o

    Ejemplo: distribución espectral de los tubos fluorescentes Phillips tono 865:


    El gráfico está construido con bandas de 5nm, con su emisión total en mW para producir 1000lm. Con los datos de este gráfico, es posible convertir unas unidades a otras. Para más detalles, leer este hilo, q contiene una hoja de cálculo para hacer las conversiones (y mucho más) entre todas las unidades mencionadas (necesario porq la mayoría de los fabricantes da la emisión de sus lámparas en lm).
    Última edición por Knnabinoide; 18/04/2008 a las 17:31 PM

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    Diferentes magnitudes relevantes a conocer

    Hasta el momento, me he centrado en la cantidad total, o absoluta, de luz (potencia). Pero hay otras magnitudes q nos interesa conocer para caracterizar la luz. Básicamente, son tres, la mencionada potencia, la intensidad y la densidad de luz.

    La intensidad de luz describe el componente direccional de la luz. Su unidad es la candela (cd), q mide los fotones emitidos por sr (en realidad, la unidad básica tanto fotométrica como radiométrica es la cd y el mW/sr, ya q el lm se define en función de la cd). La magnitud radiométrica equivalente es la intensidad radiante, q se mide en mW/sr (sr=estereorradián).

    La intensidad de luz es una magnitud muy relevante en botánica, pues determina la capacidad de penetración de la luz (su "alcance", para simplificar).

    La densidad de luz es frecuentemente confundida con la intensidad. La diferencia es q la densidad es una magnitud referida a la superficie iluminada, no a la fuente de luz. Describe cuanta luz cae en una superficie dada. Esta magnitud es la q relaciona con mayor precisión el comportamiento de las plantas con la luz q reciben. Se usan varias unidades distintas: fotométricas, el lux (lm/m2), q es lo q se mide con un luxómetro/fotómetro, y radiométricas, w/m2 ó uE/m2.

    La unidad más usada en botánica es uE/m2. La magnitud medida se suele llamar PPFD=Photosynthetic Photon Flux Density (Densidad de flujo fotosintético). La potencia en uE se denomina PPF. Cualquier estudio botánico usa básicamente estas dos magnitudes, y veréis frecuentemente estas siglas y unidades.

    La ventaja de usar PPF y PPFD es q sirven para homogeneizar resultados y q se puedan obtener conclusiones sobre el uso de la luz a pesar de usar espectros y formas de cultivo muy diferentes. Las demás unidades no son fiables para esto.

    Así pues, la potencia y la intensidad son magnitudes de radiancia (radiometría) o luminancia (fotometría), mientras q la densidad es una magnitud de irradiancia (rad) o iluminancia (fot). La i delante indica q la magnitud se refiere a la superficie iluminada y no a la fuente de luz.
    Última edición por Knnabinoide; 18/04/2008 a las 18:05 PM

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    Los colores de la luz

    La luz visible puede ser de cualquier color, en función de su longitud de onda. Hay colores puros, y otros q son una combinación de varios colores. De menor a mayor longitud de onda, los colores son, aproximadamente:

    -Violeta: 380-430nm
    -Azul: 430-490nm
    -Cian: 490-510nm
    -Verde: 510-565nm
    -Amarillo: 565-590nm
    -Naranja: 590-625nm
    -Rojo: 625-780nm

    La banda del rojo es muy amplia, así q se divide entre rojo cercano, o rojo a secas, de 625 a 700nm, y rojo lejano, de 700 a 780nm. Esta distinción es muy relevante en botánica, debido al fuerte efecto , a menudo opuesto, q estas bandas del espectro tienen sobre las plantas.

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  11. #6
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    Tono de color de las bombillas

    Estamos acostumbrados a oir los tonos de color en grados Kelvin, pero realmente la mayor parte de la gente no sabe q es lo q expresa esa magnitud.

    La magnitud considerada es la CCT=Correlated Color temperatura (temperatura de color correlacionada). Para explicar lo q es, primero hay q entender q es la temperatura de color (CT) a solas (no correlacionada).

    Cualquier objeto emiten radiación, más cuanto más caliente está. Esta radiación es habitualmente infrarroja (IR), q por definición los humanos no vemos. no obstante, cuando el material esta lo suficientemente caliente, emite radiación dentro de la zona visible (luz). Al principio como rojo profundo, y según aumenta la temperatura, va recorriendo los diferentes colores, hasta acabar en el azul-violeta. Todos sabemos q si calientas un metal lo suficiente, se pone rojizo, y si sigues calentándolo, adquiere un tono azulado.

    Los físicos han inventado un objeto teórico denominado cuerpo negro, q absorbe toda la radiación q recibe (no existe tal material en la naturaleza). Este objeto emitiría un espectro lumínico único para cada temperatura, de manera q a cada temperatura del cuerpo negro, corresponde un tono de luz único (creado por un espectro de luz único y característico). Este tono de color es lo q se denomina temperatura de Color (CT), y con la cifra en K (K=ºC+273) de la temperatura del cuerpo negro se denomina ese tono de color.

    Hay q tener en cuenta q cuando se dice q una bombilla emite un CCT determinado, lo q se quiere decir es q el tono de color es el mismo q el del cuerpo negro a esa temperatura, pero no tiene nada q ver con la temperatura a la q funciona la bombilla.

    Pero en la práctica, no existe ningún cuerpo negro perfecto, aunq las bombillas incandescentes emiten un espectro muy similar a cada temperatura de color. Pero las demás fuentes artificiales de luz obtienen la luz blanca a través de numerosas combinaciones distintas de longitudes de onda. Multitud de muy diversos espectros de emisión pueden tener la misma temperatura de color (el mismo tono de color). Por ello, se usa el CCT, q unifica bajo una misma temperatura de color cualquier espectro de emisión cuyo tono de color resultante sea el representado por esa temp (en K) del cuerpo negro.

    Para describir el color, se usa el diagrama de color (o cromaticidad):



    Cualquier tono de color se puede expresar como un punto en este diagrama. Los colores puros (saturación máxima) en los bordes, las mezclas en el centro. Algunos fabricantes, especialmente de led, ya describen el tono de color con las coordenadas x e y del diagrama, q es mucho más preciso q el CCT.

    La siguiente imagen divide el gráfico en los colores más habituales:



    El siguiente gráfico contiene el llamado locus plankiano, q es la curva resultante de unir los puntos de cada CT (del cuerpo negro).



    Ademas, contiene isolineas q unen los tonos con mismo LER (Luminous Efficacy of Radiation= Eficacia Luminosa de la Radiación), q expresa cuanto lm puede producir un watio óptico (emitido en forma de luz) de cada tono de color.

    Ahora, vamos a ampliar la parte del gráfico q representa la luz blanca, alrededor del Plankian locus:



    Esta es la estructura de los diferentes bins de color q emiten los leds blancos de Cree. Se puede observar las bandas q delimitan cada CCT en K, y q hay dos bins de Cree para cada banda de CCT, una más cerca del locus y otra más alejada. Esto se debe a q ambas zonas tienen diferentes reproducciones del color, aunq su apariencia general sea la misma. No voy a entrar más a fondo en colorimetría, porq no es relevante para el propósito del hilo.

    Para los q se hayan quedado interesados en saber más de como se reproducen los colores, otros métodos de medir el tono de color, etc, recomiendo esta espectacular página (mayoritariamente en inglés, aunq los conceptos básicos están también disponibles en castellano): http://webvision.med.utah.edu/index.html (clicar en "short spanish version" para los artículos traducidos)

    Es importante notar q el estándar para etiquetar las bombillas actualmente es un código de tres dígitos. El primero informa sobre el IRC (Indice de reproducción cromática), y los dos últimos, sobre la CCT.

    El IRC va de 0 (minimo, peor reproducción de color) a 100 %(máximo). Cada dígito del 1 al 9 representa diez puntos porcentuales de IRC (un 8 significa q el IRC está entre 80 y 89%).

    A los dos dígitos finales del código se les añade 2 ceros para saber la CCT.

    Por ejemplo, un 730 quiere decir q la luz tiene un IRC de 7 (entre 70 y 79%) y una CCT de 3000K.
    Última edición por Knnabinoide; 18/04/2008 a las 19:38 PM

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  13. #7
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    Como las plantas usan la luz

    Hasta ahora, me he dedicado a explicar conceptos básicos para adentrarnos ahora en lo más relevante, aplicar estos conocimientos al cultivo de plantas.

    Las plantas obtienen la energía necesaria para vivir de la luz, a traves del proceso de la Fotosíntesis

    En este proceso, la planta usa la energía de los fotones q capta para disociar el agua (H2O) en sus componentes, H (hidrógeno) y O (oxígeno) y crear compuestos orgánicos usando el C (carbono) del dióxido de carbono (CO2) del aire. Es decir, la planta necesita para vivir aire (especialmente el CO2), agua y luz. Aparte necesita pequeñas cantidades de otros elementos, q captan atraves de las raíces, pera crear otros compuestos esenciales, usando igualmente la energía de los fotones absorbidos.

    En este proceso, se libera O y se consume CO2. Medir tanto el CO2 q la planta consume, como el O2 q libera, nos permite medir con bastante precisión la fotosíntesis. La fotosíntesis es el motor q mantiene la planta, y mantenerla en sus mejores niveles es lo q nos permite mejorar la productividad de los cultivos.

    De los tres factores nombrados, aire (CO2), agua y luz, la fotosíntesis está limitada por el q se acabe antes. Se puede dar la mejor iluminación del mundo, q si no hay suficiente CO2 disponible, la planta no crecerá. Es decir, aunq este hilo pretende estudiar los aspectos lumínicos q rigen la fotosíntesis, se refiere a condiciones en q no hay limitacion de aire y agua, q es lo q todo buen cultivador debe procurar.

    Un aspecto esencial a entender de la fotosíntesis es q está directamente correlacionada con el número de fotones absorbidos por la planta.

    Hay q separar en dos ese concepto. Por un lado, hablamos de número de fotones. No de energía, ni mucho menos, de lm. 1watio de fotones azules contiene muchos menos fotones q uno de fotones rojos (directamente proporcional a sus longitudes de onda). Cuantificando más concretamente, 1 watio de fotones de l.o 650nm (rojo) contiene 650/450 (un 44% más) fotones q un watio de 450nm.

    Cuando usamos luces artificiales, este concepto es esencial, pues sale mucho más barato (en términos energéticos) producir fotones rojos q azules. No es casual q las plantas usen mejor q ninguno fotones de 670nm de longitud de onda, q son los más abundantes en la superficie terrestre. No obstante, la mayor cantidad de energía se recibe en forma de fotones verdes, q son los q peor usan las plantas.

    Por otro lado, puse en negrita también "absorbidos". Las plantas rechazan un importante número de los fotones q llegan a las hojas. Los fotones q nos interesan son los q se absorben mejor, y los q menos nos interesan, los q se absorben peor. Afortunadamente, contamos con estudios precisos sobre la absorción de fotones por el cannabis en función de su longitud de onda:



    Podéis observar q los fotones q mejor se absorben son los rojos y azules y, los q peor, los verdes. Y q los q mejor atraviesan la hoja, los azules.

    Debido a q las plantas reflejan más fotones verdes q los de otros colores, es lo q la hace q las veamos verdes. Esto no significa, como leo a menudo, q las plantas no usen los fotones verdes. En absoluto, claro q los absorben y los usan, sólo q un poco peor q los rojos/azules. Podéis observar en la imagen q las plantas absorben en torno al 90% de fotones rojos y 75% de los verdes. Es decir, menor absorción, pero en absoluto despreciable o nula.

    Tomar nota de esto, porq un argumento de marketing clásico de las lamparas especiales para cultivo es q las plantas desperdician la luz verde, lo q es absolutamente FALSO. Lo correcto es decir q la usan peor, no q la desperdician. Y la usan sólo un poco peor. La mitad, en el peor de los casos. Como media, alrededor de un 25% menos eficaces.

    Este extendido mito se debe a mirar a la absorción de fotones de la clorofilas aisladas en laboratorio



    esta absorción es mucho más extrema de la q se produce en las hojas in vivo, como se puede ver comparando con el gráfico anterior. La causa es q las hojas tienen muchos más pigmentos q la clorofila, q transmiten a los centros fotosintéticos la energía captada de longitudes de onda q no absorben las clorofilas



    Ha habido muy buenos estudios botánicos sobre la fotosíntesis inducida por cada longitud de onda. los más reputados son los llevados a cabo alrededor de 1970 por Inada y McCree, y q son los q los botánicos usan para estimar la eficacia de las diferentes luces para cultivar:

    Curva de McCree. Representa la fotosíntesis inducida por un mol de fotones absorbidos de cada longitud de onda (nm)



    El máximo se encuentra entre 610 y 635nm, q corresponde al punto de máxima eficacia cuántica.

    Curva de Inada. Representa la fotosíntesis inducida por 1 watio óptico de cada l.o.. Debido a esta metodología, se puede usar esta curva directamente sobre una SPD de una bombilla.



    El máximo se encuentra a 670nm, el punto de máxima fotosíntesis por unidad de energía.

    Ambas curvas se obtuvieron de la media de un buen número de especies vegetales. Se ha observado q todas las plantas superiores respetan grosso modo esta curva, con diferencias por debajo del 7% (máxima desviación observada), por lo q podemos esperar q también funcione decentemente para el cannabis. En realidad, hay dos modelos de ambas, pues se observó q hay dos tipos de plantas. Unas con una zona bastante plana q abarca todo el azul y el verde, y otras con un fuerte pico en azul y un pico hacia abajo en verde. He posteado éstas porq el cannabis parece más del primer tipo, q está mejor representado por las curvas medias.

    Otra limitación importante de estas curvas es q valen únicamente para fotosíntesis bajo nivles de iluminación medios (por debajo de 500 uE/m2), donde la fotosíntesis no esta limitada por la concentración de CO2 en el interior de las hojas.

    En condiciones de alta densidad de luz, el comportamiento varía notablemente. Primero, la fotosíntesis es mucho menos eficaz (menos O2 generado por mol de fotones), y en segundo lugar, los fotones azules se aprovechan mucho mejor (apenas decrece su rendimiento), mientras q los verdes y, especialmente, los rojos, caen mucho en su productividad.

    Aunq en el siguiente post entraré en esta cuestión con más detalle, lo q conviene tener en mente es q la eficacia de la luz depende no sólo del espectro q la genera, sino tambíen de la densidad de luz.
    Última edición por Knnabinoide; 22/04/2008 a las 22:35 PM

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  15. #8
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    Relación entre irradiancia y fotosíntesis

    La mayor parte de las especies vegetales tienen un comportamiento característico de la fotosíntesis en relación a la irradiancia (densidad de luz):



    Nótese como el gráfico usa "intensidad de luz" en vez de irradiancia o densidad de luz. Como expliqué anteriormente, ambos términos se confunden con facilidad. Es válido usar este término cuando nos referimos a la superficie iluminada, pero induce a confusión con respecto al término "intensidad de luz" referido a la bombilla en sí, así q procuraremos evitar este término.

    En el eje de intensidad de luz, lo q va es una escala de irradiancia en uE (por segundo, se entiende). El nivel de irradiancia correspondiente a C,S y M depende mucho de la especie estudiada, así como la pendiente de la curva entre estos puntos.

    La línea discontínua representa el nivel de respiración de la planta. El proceso de respiración de las plantas consume O2 y expulsa CO2, como los animales, y como consume energía, se resta de la energía obtenida por la fotosíntesis para obtener la "fotosíntesis neta", es decir, la energía disponible a la planta para crecer, una vez pagado en coste energético de su mantenimiento.

    El punto de irradiancia donde la fotosíntesis neta es cero (la fotosíntesis bruta es igual a la respiración) se llama punto de compensación, y es en general la iluminación mínima q las plantas necesitas sólo para mantenerse vivas. Aunq estos puntos varían en función de la variedad y forma de cultivo, para el cannabis está alrededor de 25 uE/m2 (unos 1500lux al sol, con una media de 16 uE/Klux).

    El punto con máxima pendiente (no viene indicado en el gráfico, lo llamaremos A) representa el punto de mayor productividad fotosintética, es decir, donde se genera más CO2 por cada fotón incidente (en la hoja). Hasta este punto, la fotosíntesis está limitada principalmente por la cantidad de luz, por lo q a esta parte de la curva se la denomina "limitada por luz".

    Desde este punto al punto de saturación S, la curva reduce su pendiente, de manera q aunq a más luz se produce más fotosíntesis, el incremento es cada vez menor (desciende la productividad: fotosíntesis por mol de fotones incidentes). A este fenómeno se le llama ley de rendimientos decrecientes (por la luz), y es muy relevante cuando queremos optimizar la productividad de nuestros cultivos.

    En esta zona, la productividad baja porq las plantas no pueden mantener la concentración de CO2 dentro de las hojas lo suficientemente alto (consumen más CO2 del q pueden reponer). Por ello, a partir del punto de máxima productividad (A), la curva se dice q está limitada por CO2. Es por ello q cuando se utilizan altas irradiancias, se aconseje el uso de CO2 suplementario, pues se reduce la disminución de la pendiente de la curva, con lo cual, aunq se produce una reducción de la productividad (de la luz), es menor q a tasas menores de CO2. Mientras q por debajo de A, el suplemento de CO2 tiene efectos mucho menores, especialmente en el largo plazo.

    Es difícil estimar la irradiación correspondiente a A para el cannabis, q correspondería a la productividad de la luz máxima, q es el propósito de este hilo. Por comparación con otras plantas, como el melón o el maíz, q tienen curvas similares, yo diría q está entre 300-400 uE/m2, pero se trata sólo de una hipótesis informada. Y más nos valdría determinarlo con precisión. Mientras q S se encuentra entre 450 y 600 uE/m2.

    La pendiente de la curva va reduciéndose hasta q ésta ya se vuelve plana, M. Una vez llegados a este nivel de irradiación, la fotosítesis no aumenta en absoluto aunq se incremente la luz q reciben las plantas. Es el punto de máxima fotosíntesis absoluta, aunq la productividad en este punto ya es muy baja.

    Si aún seguimos aumentando el nivel de luz, llega un punto en q tiene efectos adversos sobre la planta, q recibe más energía de la puede manejar, y entonces se producen fenómenos de fotoprotección, como el "blanquemiento por luz excesiva", q es una pérdida irreversible de los pigmentos (clorofila y otros), volviéndose las hojas blancas (como la leche, no el amarilleamiento por falta de N). Este punto F (de fotoprotección) es muy alto para el cannabis, es realmente difícil llegar a él indoor porq usualmente las temperaturas se disparan antes de llegar a él. No obstante, se observa este blanqueamiento en cultivos usando AC y lamparas potentes cercanas a las plantas (o en los llamados "puntos calientes", donde el reflector concentra mucha luz en una zona pequeña)

    M, para el cannabis, está en torno a 1100-1400 uE/m2 (unos 80 Klux al sol), q es un nivel q debemos procurar no sobrepasar en ningún caso. F es mucho más alto, probablemente entre 1800-2200 uE/m2.

    Este otro gráfico muestra la energía en iluminación q se desperdicia en función del nivel de irradiación q usamos:



    Hay q hacer notar q en el caso del cannabis, un mecanismo de fotoprotección es la creación de resina, q reduce los fotones q llegan a los pigmentos, y q permite al cannabis crecer en áreas muy soleadas donde apenas ninguna otra C3 lo soporta. El cannabis, debido a ello, soporta niveles de luz q sólo plantas C4 (q tienen un sistema más eficiente para mantener alta la concentración interna de CO2) pueden manejar. A cambio, su aprovechamiento (productividad de la luz) es muy baja, de las más bajas entre las plantas C3.

    Como este aspecto ha sido mínimamente estudiado para el cannabis, y sólo a nosotros nos interesa promover la creación de resina, hacer experimentos para comprobar la creación total de resina en función de la irradiación, y no sólo la acumulación de materia vegetal, son necesarios. Asímismo, habría q comprobar si la composición de la resina (distribución porcentual de los diferentes tipos de tricomas) varía.
    Última edición por Knnabinoide; 20/04/2008 a las 22:08 PM

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  17. #9
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    Aspectos cualitativos

    Hasta ahora, me he centrado básicamente en aspectos cuantitativos, cuanta fotosíntesis se induce, pero es necesario considerar tambien aspectos cualitativos de la iluminación. Cuando hablamos de la "calidad" de la luz, nos referimos a su espectro, en qué longitudes de onda se emite y su proporción. Las plantas, después de tantos millones de años de evolución, son capaces de medir la luz q reciben de una forma precisa y adaptarse a ella para el mejor crecimiento.

    Hay varios aspectos cualitativos a tener muy en cuenta:

    1-Necesidad de luz azul

    La mayor parte de las especies vegetales necesitan un mínimo de fotones azules para su correcto desarrollo. La falta de azul provoca según especies, deformidades, incapacidad para desarrollar raíces (acabando con la muerte de la planta), crecimiento desequilibrado o sencillamente, desarrollo lento. El cannabis parece ser una especie sin grandes requerimientos en este aspecto (he leído de cultivos usando sodios de baja presión, q emiten solo luz amarilla, y consiguen florecer, sin mucha productividad, pero lo consiguen). No obstante, si parece necesitar de cierta cantidad de azul para crecer adecuadamente, aunq no mucho. Apenas 15-20 uE/m2 de azul son suficientes, con respecto a irradiancias totales por encima de 400 uE/m2. Es decir, en torno al 5% del total.

    Pero aunq no sea estrictamente necesario, usar luz azul es muy aconsejable debido a dos factores:

    -Distancia internodal. Está comprobado q un mayor componente de luz azul reduce las distancias internodales, produciendo plantas más compactas y colas más densas. Este efecto se produce hasta niveles de 40 uE/m2, donde ya la reduccion de distancia internodal se vuelve prácticamente inapreciable. Pero para mantener plantas lo más compactas posible, es necesario dar unos 30-40 uE/m2.

    -Induce la apertura de los estomas. De esta manera, la planta es capaz de mantener la concentración interna de CO2. Probablemente, la menor pérdida de productividad de los fotones azules se debe en gran medida a este efecto. Es imposible generalizar las cantidades de azul necesarias, ya q depende de muchos factores: cuantos fotones rojos y verdes estamos usando (q tienen el efecto contrario de cerrar los estomas), el nivel de CO2, la temperatura...etc. Pero si las plantas transpiran demasiado poco, especialmente con iluminación led, habrá q pensar en elevar el CO2, la temperatura, o mejor y más barato, aumentar la iluminación azul. Este motivo es probablemente el único válido para usar irradiancias superiores a 40 uE/m2 de azul.

    2-La relación entre luz roja y luz azul

    Este aspecto es relevante para definir una luz como de "floración" (mas de 4) o de vegetativo (menos, aunq se tiende a pensar en las luces de vegetativo con un ratio cercano a 1, es decir igual cantidad de azul q de rojo. las plantas regulan la acumulación de azúcares, carbohidratos, etc en función de este ratio y del fotoperiodo.

    3- La relación entre rojo cercano y rojo lejano

    Esta relación es muy importante, pues regula multitud de parámetros biológicos.

    En primer lugar, y muy destacadamente, las plantas miden la longitud del periodo de oscuridad a través de los fitocromos (http://www.bmbq.uma.es/fmp/pdfs/Canton_SciAmer.PDF. Es decir, q se encargan de regir las reacciones fotoperiódicas.

    En segundo lugar, esta relación determina el fenotipo de la planta, por varias vías:

    -Afecta fuertemente a la distancia internodal

    -Afecta en cierto grado al grado de ramificación

    -Determina la morfología de las hojas: grandes y finas con dominancia de rojo lejano, con baja concentración de clorofila, o bien pequeñas y gruesas, con alta concentración de clorofilas para dominancia de rojo cercano. Respectivamente se denomina a estos fenotipos característicos como adaptación a la sombra y al sol. Este nombre se debe a q las plantas sombreadas están expuestas a un nivel muchísimo más alto de rojo lejano, debido a q la luz q atraviesa una hoja lo hace con una l.o más larga. esta adaptación se da lugar también cuando la irradiancia es muy baja o muy alta, respectivamente.

    Actualmente disponemos de mediciones precisas de la absorción de los fitocromos, de manera q podemos determinar el estado de equilibrio fotoquímico entre Pfr (fitocromo de rojo lejano) y Pr (fitocromo de rojo (cercano)), lo q nos permite definir en cierto grado el fenotipo de las plantas q cultivamos.

    Las luces usadas en cultivo se caracterizan, sin excepciones, por tener un punto de equilibrio (Pfr/Ptotal) superior a .75. Las más usadas están entre 0.85 y .89, con lo q se obtienes plantas bajas y compactas, de hojas finas y gruesas, soportando altas intensidades de luz, q es lo q buscamos en interior.

    Un excelente artículo al respecto (en inglés): http://biology.mcgill.ca/Phytotron/L...ith%20text.htm
    Todos los artículos de la página principal son muy buenos, y tratan del mismo tema q este hilo, pero obviamente con más profundidad
    Por último, a la busca de la máxima productividad de la luz, es necesario explorar las sinergias entre distintas l.o.

    Hay una muy conocida, llamada el efector Emerson. Consiste en q si se dan juntas una irradiación de 660nm con una de 700nm, se consigue más fotosíntesis q usándolas por separado. Este caso se dabe a la interacción de los dos fotosistemas de las plantas, pero es bastante probable q existan otras sinergias q desconocemos.

    A este respecto, hay otro artículo en el mismo seminario q linkeé antes: http://biology.mcgill.ca/Phytotron/L...ets%20text.htm

    Para los q no le dan al inglés, posteo un gráfico de gran interés:



    Lo q hicieron los investigadores es comparar la producción de tomate y pepino cambiando los porcentajes de luz azul (B=400-500nm), verde (G=500-600nm) y roja (R=600-700nm) y observar los resultados, q están resumidos en estos gráficos. El subindice q acompaña a cada letra dentro del diagrama es el porcentaje de ese color.

    Aunq en ambos casos la luz roja es esencial para mayor productividad, hay diferencias notables entre ambas especies. El pepino crece óptimamente con una distribución B:G:R=15-20%:35-45%:40-45% mientras q el tomate lo hace a 10-20%:15-20%:60-65%. Así es q necesitamos de trabajo comunitario para determinar los mejores porcentajes para el cultivo de cannabis, aunq teniendo en cuenta q el cáñamo no es muy tiquismiquis con el espectro, podríamos partir de los resultados del tomate como primera hipótesis.

    Con leds es bastante fácil experimentar con estos ratios, dado q hay leds rojos y azules de l.o muy buenas disponibles y excelente eficiencia. Por contra, los leds verdes son muy poco eficientes energéticamente, y es más rentable aportar el verde con leds blancos q aportan un alto porcentaje de azul y un espectro prácticamente contínuo en el resto de PAR, así como un poco de rojo lejano, q los otros no aportan en absoluto. Y aunq no queremos un alto procentaje de rojo lejano, excepto quizá en los primeros estadios de desarrollo, algo es necesario, muy especialmente en las epocas de maduración e inducción a la floración.

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  19. #10
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    Resumen.¿La luz ideal para cultivo de cannabis?

    En este punto, se impone una recapitulación y plantearnos, primero, como sería la iluminación ideal para cultivo de cannabis, y posteriormente, si es viable técnicamente. En caso contrario, adaptar las tecnologías existentes para cultivar con la mejor iluminación posible.

    Antes de esto, aclarar q el propósito del hilo es diseñar la iluminación de manera q sea lo más productiva posible. Busco la máxima producción para un nivel dado de gasto energético. No todos los cultivadores tienen este objetivo, ni mucho menos. Muchos cultivadores no buscan optimizar el gasto energético, si no optimizar la producción es un espacio limitado disponible. En su caso, es posible q la iluminación ideal buscando la máxima productividad energética no sea la iluminación ideal para ellos. Por motivos de conciencia ecológica, personalmente no quiero trabajar en esa línea, por otro lado muy respetable.

    Otra nota previa es q los conocimientos disponibles se refieren a la producción de materia seca. Pero en nuestro caso, es posible q una mayor producción de materia vegetal no equivalga automáticamente a una mayor producción de sustancias psicoactivas. Como no hay prácticamente estudios al respecto, es un conocimiento q estamos obligados a generar por nuestra cuenta. ¿Es posible fomentar una mayor producción de resina a través de la luz? ¿Es posible alterar el perfil de cannabinoides por manipulación ambiental? ¿Cambia la composición de la resina cuando se potencia su formación? ¿Depende del método? Muchas incógnitas por despejar, indudablemente.

    Así q centrándonos en la mayor produccion vegetal al menor coste energético tenemos unas características para nuestra iluminación ideal:

    -Máxima eficiencia energética de la propia lámpara, enténdiendola como más fotones emitidos por watio consumido.

    -Mantenimiento de la irradiancia dentro de los niveles más productivos, cercanos al punto de máxima eficiencia fotosintética. Aunq este punto no está aún definido con claridad para el cannabis, podemos suponer q unos 400 uE/m2 es adecuado, aunq habrá q experimentar para comprobarlo. Hay q hacer notar q la iluminación ideal mantendrá esta irradiancia en toda la planta, no sólo en la parte de arriba. Procurando q la irradiancia no sea ni más alta ni más baja.

    -Q tenga un espectro de emisión con la máxima eficiencia fotosintética. Según McCree e Inada, con cuanto más rojo, mejor, a ser posible de la mayor l.o posible, sin emitir en l.o por encima de 685nm. Si pudiera ser con luces emitiendo entre 640 y 685nm, ideal. Por otro lado, hay q aportar suficiente azul (30-40uE/m2) y el espectro debe estar compensado entre rojo, verde y azul para un máximo crecimiento (la mejor distribución para el cannabis, aun por conocer). La mejor l.o para el azul, en torno a los 450nm.

    -Máxima flexibilidad para regular la intensidad de la luz según el estadio de desarrollo (de las plantas), así como para alterar el espectro de emisión.

    Con estas directrices, pasemos a explorar la tecnología de los leds y como aprovecharlos mejor siguiendo esta línea.

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  21. #11
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    Características de los leds

    LED=Light Emitting Diode=Diodo emisor de luz

    Un diodo es un componente electrónico q sólo deja pasar la corriente en una dirección. En el caso de los LEDs, el paso de corriente produce la emisión de luz.

    El color de esta luz está intimamente ligado a la composición y estructura química del semiconductor usado, especialmente a los materiales dopantes y sus proporciones. De esta manera, el LED emite luz en una banda generalmente reducida, habitualmente menor de 80nm, emitiéndose la mayor parte de la luz en una banda estrecha de 20-30nm. Por esto se dice q los leds son cuasimonocromáticos, con respecto a otras fuentes luminosas, como los diodos láser o las lámparas LPS q emiten luz monocromática (1nm, 2 a lo sumo).

    Se denomina wavelenght peak (pico de onda) a la l.o. en la q el led emite más energía. Esta magnitud se usa para identificar el color del led (radiométricamente). Para identificarlo fotométricamente, es decir, para la visión humana, se usa la "dominant wavelenght" (l.o. dominante), q da el nm q define el color general q emite el led (q no sólo emite en un nm). La l.o. dominante siempre tira hacia los 555nm (el centro fotométrico del espectro visible), de manera q para leds emitiendo l.o mayores de 555nm (amarillo, naranja, rojo), ésta es menor q la de pico, y para leds emitiendo por debajo de 555nm (verde, cian, azul, violeta), ésta es mayor q la de pico. Para las aplicaciones de cultivo, nuevamente sólo nos interesa la l.o. de pico y la amplitud de banda. Pero muchos fabricantes sólo nos dan la l.o dominante.

    También hay leds q emiten luz blanca, pero esto se consigue de dos maneras:

    -Una, actualmente poco usada, q combina 3 leds (RGB: rojo, verde y azul), a veces 4 leds (RYGB: rojo, amarillo, verde y azul), obteniéndose la luz blanca por la combinación de estos colores.

    -La más habitual, q es usar un led azul (a veces, UVA) al q se le añaden fósforos (similar a los fluorescentes) para convertir la luz en otros colores, cuya mezcla da el blanco.

    Como dije anteriormente, los colores q nos interesan para cultivo son:

    Royal Blue. O Azul "Real", en torno a los 450nm (pico)

    Azul. En torno a los 470nm

    Rojo. Con tres l.o. pico habituales: 630nm, 645nm y 660nm.

    Hay q decir q el led propiamiente es el chip semiconductor, q es de tamaño muy reducido. Los leds de indicación suelen usar chips de 270um (micrómetros, aprox 1/3 de mm), los de alta potencia, de 1mm (de lado). Hay q tener en cuenta este reducido tamaño para entender las dificultades de los leds con el calor, pues todo el calor generado lo es en esta reducida superficie, q se puede poner muy, muy caliente.

    El resto de lo q la gente entiende por "led" es el encapsulado de ése chip, q cumple varias funciones:

    -Dar una forma al led q facilite su uso en la aplicación deseada. Hay dos tipos básicos de encapsulado, uno para instalar a traves de agujeros en un circuito impreso, q tiene patillas q se sueldan a éste, y otro para instalar a traves de soldadura de reflujo o similares, q son planos.

    -Conducir el calor q genera el led fuera del encapsulado de la manera más eficiente posible, es decir con la menor resistencia térmica posible. Para ello, en los de patillas se incrementa el grosor de éstas o bien se ponen más de dos (cuatro, en el caso de los "superflux" o "piraña"), y en los de superficie se usa una base muy conductora del calor, usualmente metálica o cerámica.

    -Conseguir la máxima extracción óptica de los fotones generados en el chip. Esto es mucho más importante de lo q parece, dado q ya hay muchos chips con eficiencias energéticas de conversión superiores al 90%, pero no hay casi ninguno q supere el 50% de fotones emitidos al exterior del encapsulado. Es decir, una gran parte de la luz generada no es capaz de salir del led. Gran parte de las innovaciones para incrementar la eficiencia de los leds se refiere a mejorar la extracción de fotones del chip. Se pueden observan leds q usan el mismo chip pero con diferencias de emisión debido a la óptica empleada en el encapsulado. Antiguamente (aún los leds de patillas) se usaban resinas de epoxy, pero su alto índice de refracción y la tendencia a amarillear con el calor y los UV ha hecho q se sustituyan por resinas de silicona en los leds modernos de calidad.

    Fotos de diferentes encapsulados de leds:

    De patillas:


    Superflux o piraña:


    De montaje superficial:
    Lednium

    Cree XR


    Ésta es la descripción básica de q es un led y los tipos q hay. Para entrar en sus características técnicas, en la siguiente entrada voy a copiar una hoja de datos y especificaciones de un led de alta potencia e ir explicando uno a uno los conceptos q vienen. De esta manera no me dejo nada y de paso, la gente podrá entender las hojas de datos tal y como vienen.
    Última edición por Knnabinoide; 22/04/2008 a las 22:29 PM

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  23. #12
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    ¿Se puede saber cuanta luz emite un led?

    Antes de pasar a los datos técnicos, hay q aclarar una cuestión q se plantea mucha gente a la hora de comprar leds. ¿Cuanta luz dan?

    Parece una tonteria, pero no lo es en absoluto, dado q va a ser el parámetro q va a definir más fuertemente la eficacia del led para cultivo. Dado q los leds se han usado para señalización durante muchos años, la costumbre ha sido dar los datos de intensidad (cd en el eje óptico) y ángulo de apertura. Esto sigue siendo lo habitual para leds de patillas. El problema es q no existe una conversión directa, y para hacer una conversión, bastante trabajosa por cierto, es necesaria una curva polar de la emisión del led (q muestra con cuanta intensidad emite en cada dirección) precisa, lo q es muy poco habitual. Aún con ello, apenas se puede hacer una aproximación. Es uno de los motivos por los q no me gustan los leds de patillas, no hay manera de saber cuánta luz dan.

    Los leds q si suelen dar una medida de la emisión total, en lm y en ocasiones en mW, son los de alta potencia, diseñados para iluminación. Teniendo la emisión total en lm y el SPD, se puede hacer la conversión a unidades radiométricas, de manera q sepamos cuánta luz está emitiendo el led. Esta conversión es necesaria, pues la emisión en lm, aunq bastante confusa en el fondo, permite una cierta orientación con luces de espectro amplio como las q se han usado hasta ahora, pero no sirve para nada con leds, debido a su estrecha banda de emisión.

    Tener en cuenta q un led de 660nm dando 30lm está emitiendo mucha más luz q uno de 590nm emitiendo 100lm.

    Es decir, q sin contar con una descripción precisa del led usado, es imposible saber cuánta luz emite un led, y esto es un severo problema a la hora de analizar una unidad comercial, q tenemos q solventar siendo muy creativos.

    Lo q sí suele ser cierto es q, exceptuando tres o cuatro fabricantes, la mayor parte de los datos de emisión de los leds son claramente exagerados, lejos de los rendimientos teóricos ofrecidos por los fabricantes. La agencia de la energía de USA hace rondas de pruebas de productos leds q salen al mercado, comprobando los datos de los fabricantes. Muchas de las unidades probadas se quedan muy lejos de lo q aquéllos dicen, en bastantes ocasiones por debajo de la mitad de lo pretendido: Caliper program

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  25. #13
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    Re: Conceptos de iluminación y leds

    Las hojas de datos con las especificaciones de los leds contienen todos los datos necesarios para montarlos correctamente y hacerlos funcionar de la manera óptima. Así q al analizar estas especificaciones, nos vamos a encontrar con todos los conceptos relevantes.

    Algo a tener muy en cuenta con respecto a los leds es q, como cualquier otro semiconductor, las características varían de lote a lote. Por ello, las especificaciones son medias, con niveles mínimos y máximos. Y por ello existen múltiples "bins" para cada led, q los caracteriza con mayor precisión q las medias. Aún así, no hay dos leds idénticos, y hay q entender q las medias se alcanzan cuando se usa un cierto número de ellos, siendo un led individual bastante imprevisible.

    Voy a usar la hoja técnica de dos leds:

    -Cree Xlamp XR led. la hoja es para toda la gama de colores

    -Osram Diamond Dragon LR_LA_LY W5AP, para rojo, ámbar y amarillo.

    La parte más relevante de unas especificaciones es la de las "caracteristicas" y "valores máximos":

    CreeXR
    [IMG][/IMG]
    OSRAM DG
    [IMG][/IMG]
    [IMG][/IMG]

    En ambos casos, se especifica q se refiere a una temperatura ambiente de 25ºC. Ya veremos la fuerte dependencia de los leds a la temperatura detalladamente.

    En el caso de Cree, las especificaciones son menos completas q las de Osram, q en general son excelentes. Vemos como Cree mete en la misma table las caracteristicas "normales" y las máximas.

    Thermal resistance

    La tabla de Cree comienza con la resistencia térmica, al final en Osram. La resistencia térmica dice cuanto se calienta la uníon del chip (junction temp, Tj) por cada watio disipado por el led (potencia consumida) por encima de la temperatura de contacto de la soldadura del led. De manera q multiplicando esta cifra por los watios consumidos, obtenemos el incremento de temp del chip. Esto se denomina técnicamente "resistencia térmica unión-tablero" (donde se monta el led) (thermal resistance junction-board, R? j-b). Se refiere exclusivamente al led en sí, dado q cómo se monte afecta muy fuertemente a R? j-a (unión-ambiente), es decir, cuánto se eleva la temperatura del chip por watio consumido sobre la temperatura ambiente, q es diferente para cada instalación. Confío q en el hilo nos adentremos mucho más profundamente en este concepto esencial. En los ejemplos, R? j-b es de 3 a 5 ºC/W (DG), 8ºC/W (XR InGan) y 15 ºC/W (XR AlInGap). Podemos ver q el DG tiene una resistencia térmica muy baja, debido a q el tamaño del chip es el doble q el XR (y los demas leds de alta potencia), entre 3 y 5 veces menor, lo q nos va a permitir disipar más potencia sin sobrepasar los límites. Es decir, a menor resistencia térmica, podremos correr el led más fuerte.

    Viewing angle

    Lo siguiente es el ángulo de visión, 100º para el XR. Notad las siglas FWHM, q se refieren a q ése ángulo es al q la intensidad es la mitad de la máxima (intensidad en el eje óptico). En otros casos, se indica el ángulo en el q se emite la mitad de la emisión total. Prestad pues atención a la letra pequeña, aunq en realidad este parámetro es poco relevante tal cual, nos interesa mucho más la curva polar.

    Para el DG, son 140º. Usa el mismo concepto q el XR, aunq lo escribe distinto. ? (phi minúscula) representa el semiángulo de apertura, de ahí q el ángulo total se ponga 2?. El término "viewing angle at 50% Iv" dice exactamente lo mismo q las siglas del XR, el ángulo en el cual se emite la mitad de la intensidad (en cd) máxima.

    Temperature coefficient of voltage

    El coeficiente de temperatura de la tensión (voltaje) dice, para una corriente dada (la nominal del led), cuántos mV (milivoltios) menos corresponden. La relación entre tensión (Vf) y corriente (If) vendrá luego, pero hay q entender q se dará en condiciones estables (25ºC en el chip). En condiciones reales, a mayor temperatura del chip, menor tensión para cada nivel de corriente. Los -2,9 del XR rojo es bastante alto, lo habitual es los -2 mV/K del DG. Este parámetro afectará a la eficiencia del led.

    DC forward current (If)

    Se suele dar la corriente para la q el led ha sido diseñado, y la máxima q el led admite. la primera a menudo no viene especificada directamente, sino q se indica para el resto de las características (350 y 700mA para los XR, y 1,4A para el DG). En el caso del XR, las corrientes de "diseño" son las mismas q las máximas, lo q tiene q hacer pensar q sería razonable correrlos por debajo. En el caso del DG, aguanta hasta 2A, pero se recomienda correrlo a 1,4A.

    Hay q entender q los leds son componentes controlados por intensidad (corriente), no por voltaje, y toda especificación vendrá referida a una If.

    DC Pulse Current

    Los leds son componentes q se encienden y apagan muy rápidamente. Esto permite hacerlos funcionar por pulsos, es decir, un pulso breve seguido de un tiempo apagado. Si la frecuencia de este pulso es suficientemente alta (más de 50Hz), los humanos percibimos un brillo contínuo. Mucha gente ha hipotetizado q las plantas usan mejor la iluminación por pulsos q la contínua, así q nuevamente es un parámetro muy interesante. Podéis ver q hay dos líneas para este parámetro, según el "duty cycle" (1% y 10%), q expresa la relación entre tiempo encendido/apagado del led. Cuanto menor sea éste, mayor será el pulso permitido. Cuanto depende del enfriamiento del led y, en última instancia, de la calidad constructiva del led, q pone un límite máximo a la corriente q lo puede atravesar. Hay q tener en cuenta q los electrodos del leds son unos hilos finos de oro q se pueden ver si se examina un led con lupa, y q pasado un nivel de corriente, sencillamente se rompen, como un fusible. Suele estar en torno a los 2A, a veces hasta 3A, aunq conozco pocos leds q soporten más de 2,5A.El caso del DG, q soporta hasta 4A es único.

    Posteriormente, las hojas ponen un gráfico detallado para diferentes "duty cycles".

    Forward voltage

    Esto indica la media de tensión (voltios) q el led consume para una If dada, q suele ser la "nominal" (para la q ha sido diseñado el led). En el caso del DG, provee también la mínima y máxima, no sólo la media.

    Led junction temperature y Operating temperature

    Indica la temperatura máxima q puede alcanzar la unión del chip, así como el margen de temp en el q puede operar. Son respectivamente, 160ºC (DG) y 145ºC (XR) y -40 a 150ºC (DG) y -40 a 85ºC.

    Power consuption

    Indica los watios máximos q puede disipar el led. El Xr no lo indica, el DG, 7,5w. La potencia se obtiene multiplicando If*Vf

    Wavelength peak (y wavelength dominant)

    El XR sólo lo indica en los bins (más adelante). Lo típico para el DG es 634nm (pico) y 625nm (dominante), y siempre entre 620 y 632nm (dominante). Como dije anteriormente, la q nos interesa es la longitud de onda de pico.

    Spectral bandwith at 50% ? (rel max)

    Indica el ancho de banda espectral en el q se genera la mitad de la energía emitida. En este caso, 18nm. Phi (mayúscula) siempre indica la emisión del led. Puede llevar subindices q lo detallan más, por ejemplo 90% (indicaría el 90% de la energía emitida).

    Temperature coefficient of ? (dom)

    ? siempre representa la longitud de onda. Lo q indica este parámetro es cuantos nanómetros varia la longitud de onda (dominante en este caso) por cada grado de incremento de la temperatura en la unión del chip. Existe lo mismo para ? (pico), q nos interesaría mucho más.

    Esto nos dice q la emisión espectral también varía con la temperatura. No sólo la cantidad de luz emitida, sino la longitud de onda en q lo hace. Este fenómeno es mucho más marcado en los chips AlInGap, q se usan el los leds amarillos, naranjas y rojos, mientras q los InGan (azules, verdes, blancos) se ven mucho menos afectados, hasta el punto de q casi podemos ignorar este parámetro en su caso. pero no así en los rojos, q lo normal es q emitan 10nm mas largo q lo especificado en la hoja de datos, debido al calentamiento.

    Optical efficiency

    La eficiencia óptica del led, lm emitidos por watio consumido. Sólo es orientativo, dado q se ofrece para la If nominal, pero para Tj=25ºC por regla general, q no es realista en absoluto. Además, se calcula en base a la media de emision de los diferentes bins. Es decir, va a haber bins con una eficiencia menor y otros con una eficiencia mayor.

    En el siguiente post, analizaré ahora con más detalle los gráficos q ofrecen ambas hojas de datos. Aunq me gustaría hacer notar la cantidad de parámetros esenciales relacionados con la temperatura. Es por ello q controlar la temperatura de los leds sea tan importante: en nuestra aplicación, hay q entender q ello es esencial para el correcto funcionamiento de los leds, no porq ese calor sea un peligro para las plantas. La cantidad total de calor es pequeña (comparada con otras fuentes luminosas), pero se concentra en una parte muy pequeña (el chip de un mm2) q se puede poner muy caliente (hasta 150ºC permite el DG).

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  27. #14
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    Bines

    [IMG][/IMG]

    Estos son los bines en los q se sirve el DG. Cada fabricante tienen unos bines propios, q clasifican sus leds por categorías en función de varios parámetros.

    Los bines más conocidos son los de flujo. Podéis ver q para el mismo modelo de DG existen siete bines distintos. Algunos fabricantes permiten seleccionar los bines (normalmente pagando un plus), otros no(como Osram). El margen entre uno y otro es enorme: el bin inferior (KY) está alrededor de 90lm, y el superior (MY) alrededor de 225lm, bastante más del doble. Es decir, la emisión no solo depende del modelo de led, sino del bin de flujo q cojamos, existiendo amplias diferencias. El DG se sirve actualmente entre KZ y MX, y mientras q el KZ no permite ahorrar watios con respecto a otras buenas lámparas, el MX es la caña. Es una verdadera pena q Osram no permita ordenar bines concretos, a mí no me importaría pagar un 50% por un lote de MX.

    El otro bin característico es el de longitud de onda, usualmente la dominante. El caso de los leds blancos es mucho más complejo, y hay un gran número de bines q representan diferentes tonos de color y reproducción cromática. Para los de colores, suele haber 2-3 bines para cada color. En el caso del DG, hay 3 bines para el amarillo, cuatro para el ámbar y sólo uno para el rojo. En Cree, hay dos bines de rojo (620-630nm y 630-635nm). Ya dijimos q para cultivo nos interesan de cuanto mayor l.o., mejor, así q en lo posible cogeremos del rango 630-635nm, q corresponde a 640-650nm de pico. Es a través de los bines de color como seleccionaremos los leds más adecuados para una aplicación.

    Otro bin q antes era muy habitual y ahora no tanto, aunq se sigue ordenando por ellos, es el de Vf. Usualmente cada bin de Vf cubre un margen de 0,25V (para If nominal). Un led con un bin bajo de Vf será más eficiente q otro emitiendo la misma luz pero usando un Vf más alto, dado q la potencia es el resultado de Vf*If.

    Si váis a comprar leds en una tienda, pedir siempre q os digan los bines concretos del led, si no lo indican. Entre otras cosas, os pueden estar estafando cobrándoos un precio de led nuevo cuando es de hace dos años. Y la única manera de saberlo es con el bin. No os fiéis nunca de vendedores q no especifican (peor aún si se niegan a hacerlo) los bins del led.
    Última edición por Knnabinoide; 27/04/2008 a las 22:44 PM

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  29. #15
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    Flujo luminoso (flux)-If

    [IMG][/IMG]
    [IMG][/IMG]

    Estos dos gráficos, de ambas hojas de datos, representan lo mismo, aunq usan escalas diferentes. Se trata de la relación entre el flujo luminoso total (?) e If, la corriente de funcionamiento del led.

    La primera lección de este gráfico es q la emisión de un led está en relación directa con If. Es decir, regulando la intensidad de corriente, regulamos la emisión del led.

    La segunda, q esta relación no es lineal, sino q se va curvando hacia abajo. Esto es la ley de rendimientos decrecientes, cada nuevo incremento de If resulta en un menor crecimiento de If, es decir, hay una pérdida de eficiencia.

    El comportamiento al respecto es muy diferente entre los InGan y los AlIngap. Los InGan comienzan a perder eficiencia desde el principio, resultando q su mayor eficiencia, con diferencia, se produce para If muy bajas. Para los leds de alta potencia, suele ser en torno a 100mA. Y luego la forma de la curva se mantiene estable.

    Por contra, el comportamiento de los AlInGap es prácticamente lineal al principio, hasta q llega un punto en q el rendimiento cae bruscamente: en el gráfico del XR, a unos 700mA, donde ya la curva es practicamente plana, mientras q hasta 400mA, es casi lineal. Sólo viendo este gráfico sabemos q si buscamos una buena eficiencia, este led rojo hay q correrlo como máximo a una If de 400mA.

    En el caso del gráfico del DG, es mucho más difícil apreciarlo porq la escala es logarítmica, pero se puede apreciar q el aplanamiento ocurre a casi 2A. Lo q nos vuelve a mostrar q se trata de un led diseñado para funcionar a verdadera alta potencia.

    En los gráficos flujo-If se descarta el efecto del calor, q también disminuye el rendimiento. Para ello, se usan pulsos muy cortos, del orden de 1 ms (milisegundo). Notad como en la parte del gráfico se especifica Tj=25ºC, es decir, q la temperatura de la unión del chip se mantiene a esa cifra, independientemente de If. En situación normal, a mayor If corresponde mayor potencia, luego más calor en el chip. Pero ambos efectos se separan. Por un lado, la relación flujo-If (sin calentamiento) y, por otro, flujo-Tj, q vamos a ver en el post siguiente.
    Última edición por Knnabinoide; 28/04/2008 a las 00:29 AM

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