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Tema: Luz pulsante con LEDs

  1. #1
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    Lightbulb Luz pulsante con LEDs

    Antes que nada, un saludo a todos , este es mi primer post.

    He estado leyendo los hilos de leds y es un tema que me interesa desde hace años, pero no sé electrónica y nunca he podido abordarlo de forma práctica.

    Pero para los que sí estáis llevando vuestros propios proyectos, creo que la siguiente información que me he encontrado por ahí os puede ser útil.

    Todo se basa en que, durante la fotosíntesis, la clorofila se activa al absorber la energía de un fotón y suelta electrones que producen una compleja serie de reacciones que finalmente devuelven los electrones a la clorofila, desactivándola y dejándola lista para repetir el proceso. Mientras la clorofila está activada no puede absorber otros fotones, que son desperdiciados.

    De ello se deduce que podría emplearse una luz pulsante (que se encienda y apague a ciertas frecuencia) sin perder crecimiento, con el consiguiente ahorro energético. Evidentemente, eso no puede hacerse con luminarias tradicionales, pero precisamente los leds tienen la característica de encender y apagar instantáneamente al 100% de potencia, lo que los hace idóneos para esta aplicación.

    Cuando los investigadores se pusieron a ello, descubrieron con asombro que el crecimiento con luz pulsante (o sea menos luz) era MAYOR que con luz continua. A partir de ahí unos japos hicieron experimentos para descubrir cual era la frecuencia de pulsación y el ratio de encendido óptimos, y publicaron la siguiente patente (en inglés):

    http://www.google.com/patents?id=Z4WUAAAAEBAJ

    Sus resultados demuestran que cualquier frecuencia de encendidos entre 1000 y 500.000 por segundo es igual o mejor que la luz continua, siendo 2500 lo óptimo.

    Por otra parte, para el porcentaje de encendido en cada pulso, se demuestra que porcentajes entre un 20% y un 70% son mejores que luz continua (100%), siendo 33% lo óptimo.

    Combinado ambos resultados, vemos que pulsando nuestros leds 2500 veces por segundo, al 33% de intensidad, o lo que es lo mismo, encendiendo cada 400 microsegundos durante 133 microsegundos obtendríamos una produccion del 140% comparado con luz continua.Y eso gastando el 33% de energía y reduciendo correspondientemente la generación de calor!!

    Vamos que si como han demostrado los de Spectrum Reflex es posible cultivar maría gastando 250W por m2 usando fluorescentes, por lógica usando leds pulsados al 33% podría cultivarse con 80W por m2 y con más producción.

    La electrónica necesaria para producir este parpadeo no debe ser muy complicada, así que a ver si alguno os animáis. Si no fuera por el precio de los leds que todavía es demasiado alto, esto sería la panacea....

  2. #2
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    Hola, rhinospray, bienvenido al foro.

    El tema q comentas es muy interesante, yo estuve muy interesado en esta técnica cuando empecé a pensar en los leds para cultivo, pero según me fui informando se me enfrió el interés.

    Hay dos motivos para q no sea tan interesante como parece. El primero, es q no está nada claro q la luz pulsada incremente el rendimiento. Hay estudios controlados al respecto y los resultados son contradictorios entre sí, y muestran q las mejoras se obtienen para combinaciones de frecuencias y duraciones de pulsos muy determinadas. En unos casos se mejora, en otros se empeora. Hasta pulsos de 200us según las frecuencias se pueden obtener mejores resultados q con la misma cantidad de luz aplicada de manera contínua. Y los mejores resultados se obtienen alrededor de duraciones de los pulsos de 50-100us.

    El problema es q no sólo depende de la duración de los pulsos y su frecuencia, sino q también de la cantidad de luz usada, produciéndose la paradoja q a bajos niveles de luz se mejora, pero a altos niveles se empeora. Esto hace, por un lado, q en general sea difícil sacar partido del tema. Mientras q hay q considerar q el cannabis es una planta q para producir bien necesita niveles altos de luz. Y en esas condiciones, parece poco probable q se pueda obtener un beneficio de esta técnica en el cultivo de cannabis. Quizá para otras especies vegetales.

    En cualquier caso, hasta q no se haga/hagamos el estudio con cannabis no lo sabremos con seguridad. Personalmente, soy poco optimista en q se pueda mejorar mucho. Quizá un 5, o un 10% a lo sumo, pero no más.

    Pero aunq se consiguiesen esas hipotéticas mejoras, aquí interviene un aspecto técnico de los leds q rara vez es considerado, q su eficiencia no es fija, sino q depende fuertemente del la corriente aplicada: a mayor corriente, menor eficiencia. Y este efecto es más pronunciado cuanto más fuerte se hace funcionar el led, y cuanto mayor es la diferencia entre la corriente aplicada.

    Y aquí entra en juego la duración de los pulsos y las frecuencia q permiten obtener beneficio de la luz pulsada. Las relaciones obligan a emitir en un corto espacio de tiempo tanta luz como en 3-5 veces más tiempo. Y eso implica usar una corriente durante el pulso 4-7 veces mayor para obtener la misma cantidad de luz q con un pulso contínuo durante todo el tiempo. Eso implica gastar mucha más energía (consumo eléctrico) para obtener la misma cantidad de luz. Cuánta más depende del modelo de led y de como está instalado, pero nunca es inferior al 30%, suele superar el 50% y muy a menudo llega al 70%. Y ningún estudio ha conseguido mejorar eso usando luz pulsada, así q a priori es una técnica q reduce el rendimiento por energía usada (gramo/watio), aunq pudiera conseguir un incremento en el rendimiento de la luz (g/micromol de fotones).

    Un saludo

  3. #3
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    Muchas gracias por tu interesante contestación, pero pienso que igual deberías revisar tu opinión en base al estudio de los japos.

    Ellos basan su patente en experimentos de cultivo en condiciones controladas, en los que han analizado el efecto en el crecimiento de la lechuga de usar diferentes pulsos. Los cuadros que siguen muestran el efecto de la duración del pulso, y del porcentaje del pulso durante el que el led esta encendido (DT=Duty):



    A partir de estos datos, está claro que la luz pulsante en ciertos rangos incrementa significativamente el crecimiento vegetal. Y además ahora sabemos qué rango de valores usar y cuáles son los más interesantes: 100-400us para el pulso, y un ratio del 33% si buscamos producción máxima o un 20% si lo que queremos es consumo mínimo manteniendo igual producción.

    Otra cosa, no se trata de emitir pulsos más intensos para obtener la misma cantidad de luz que en continuo, sino de usar pulsos de la misma intensidad que con la luz continua, por lo que no existen los problemas de rendimiento del led que mencionas. Por ejemplo, supongamos que para luz continua usamos leds a 3W (3V/1A). Los pulsos generados por un circuito PWM también serían a 3V/1A (teóricamente misma eficiencia), pero como sólo duran un 33% del tiempo, la potencia resultante es 1W que produce un tercio del calor, una temperatura menor, y una eficiencia máxima.

    Y es de suponer que podríamos aumentar la intensidad de los pulsos hasta alimentar el circuito PWM a 3W, con unas características térmicas similares a 3W en continua, y por lo tanto, sin más perdidas de eficacia que las derivadas del circuito PWM. Esto anularía el ahorro energético pero multiplicaría la intensidad luminosa efectiva por tres.

    Ya se que hay algo contraintuitivo en este descubrimiento que parece desafiar la entropía del proceso: resulta que con menos energía se obtiene mayor producción. La razon teorizada es que los cloroplastos funcionan mas eficientemente cuando se les permite descansar mediante microintervalos de oscuridad.

    Pero sobre todo, siendo tan fácil de implementar, es una pena que nadie se anime a probarlo en cannabis. Bastaría con utilizar un circuito PWM con los parámetros de pulso que hemos visto, digamos 300us al 33%. Y a ver si es verdad que las plantas están igual o mejor.

  4. #4
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    Desde luego, hasta q no hagamos el experimento no lo sabremos con seguridad. Sencillamente en el anterior mensaje explicaba porq experimentar con esta técnica ha dejado de ser algo prioritario para mí. Se de otra gente q piensa lo contrario. Había un forero, Sy9945 (o algo parecido, el nº), de los pioneros de cultivos con leds en overgrow, q está convencido de q por PWM se pueden obtener mejores resultados, y estaba haciendo lamparas de leds con este sistema. Pero hace algún tiempo q no sé nada de él, así q creo q no ha obtenido buenos resultados, aunq quizá es q ahora postea en foros q no conozco.

    Me leí bien el estudio q acompañaba la patente, y no me quedó nada claro q los pulsos fuesen de la misma intensidad. Todos los estudios controlados q he visto usan la misma cantidad de luz total. Si con un 20% de la luz se obtienen mayores resultados, sería la hostia. Pero he visto ya unos cuantos estudios al respecto en los q para nada se obtenían esos resultados, así q ante la falta de concreción, entiendo q se están usando pulsos de más intensidad. O eso, o los resultados del estudio están en franca contradicción con otros, lo cual obligaría a poner sus resultados entre paréntesis (la repeteabilidad de un estudio científico es esencial para considerarlo "serio" o científico).

    Aunq el dato no está en absoluto claramente especificado, en la descripción de los ejemplos se dice q la irradiancia se ajusta a 50 uE/s. Y eso implicaría ajustar la intensidad de los pulsos para q la integral por segundo sea la misma. Así q yo entiendo q sí q se aumenta la intensidad en luz pulsada. si fuese el caso contrario, me costaría muchísimo creerme esos resultados, pues invalidaría multitud de estudios previos.

    Por otro lado, una irradiancia de 50 uE/s está bien para lechugas, pero está a años luz de la q se usa para cannabis, como mínimo 8 veces más (400uE/s; frecuentemente en la punta de las plantas supera ampliamente los 1000uE/s). A la vista de resultados anteriores mostrando la dependencia de los resultados de las irradiancias usadas, la validad de este estos resultados para el cultivo de cannabis es muy cuestionable.

    Y está claro q los investigadores están al tanto de la dependencia de resultados en función de la irradiancia, dado q usan 50uE/s en todos los casos, para q no se manifieste una inconsistencia en su reclamación, pero muy hábilmente preparan las plantas del experimento bajo luces fluorescentes a una irradiancia de 150uE/s durante dos semanas, el tiempo requerido para q se produzca una adaptación de los pigmentos fotosintéticos y de la concentración de clorofilas óptima para obtener máximas productividades (usando irradiancias durante los pulsos de 150uE a DT 33%). Con lo cual, se muestra q el estudio está trucado para mostrar los mejores resultados de la luz pulsada, y así poder reclamar derechos en el caso de q alguien desarrolle un sistema posterior más afinado.

    En resumen, sigo siendo bastante escéptico sobre las posibilidades de PWM para incrementar resultados por encima de las pérdidas energéticas q provoca. Por ello, experimentar sobre esto no está entre mis prioridades. Pero si alguien lo hace (con cannabis) puedes estar seguro q lo seguiré con atención.

    Un saludo

  5. #5
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    Tienes razón que lo de la irradiancia de 50uE parece implicar que se está utilizando la misma cantidad de luz.

    A mi lo que me despistó es el punto [13] que especifica que usando esta luz pulsante en vez de continua se produce una reducción en el consumo eléctrico y en la radiación térmica: teniendo en cuenta que el PWM aumenta ambos ¿De dónde sale el ahorro? Yo pensaba que solo puede ser debido a que se está manejando a led a menos potencia y generando menos luz que en continua.

    Además, la base de todo esto es que la clorofila, una vez activada por un fotón, cede electrones y queda incapacitada para absorber otros hasta que se restablece el equilibrio eléctrico. Los fotones que llegan durante este periodo se desperdician y tanto daría que no llegasen. Por lo tanto nos los podemos ahorrar, ¿cómo?, introduciendo microperiodos de oscuridad y de alguna forma sincronizando todas las moleculas de clorofila. Entonces, ¿dónde esta la necesidad de que el pulso sea más intenso?.

    Pero bueno también tienes toda la razón en cuanto a las diferencias del cannabis con la lechuga. Aunque en alguna parte tendrá el punto G nuestra maría, a fin de cuentas también funciona con clorofila.

    Me resisto!! Me resisto!! Pero me voy a tener que rendir a la evidencia. Se nota que tienes el tema bien currado así que tu opinión es de lo más valiosa. Gracias por el ratito, ha sido una discusión muy interesante.

  6. #6
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    A mi lo que me despistó es el punto [13] que especifica que usando esta luz pulsante en vez de continua se produce una reducción en el consumo eléctrico y en la radiación térmica: teniendo en cuenta que el PWM aumenta ambos ¿De dónde sale el ahorro? Yo pensaba que solo puede ser debido a que se está manejando a led a menos potencia y generando menos luz que en continua.
    Exacto. Y me temo q sencillamente optan por ignorar el tema, para optar a la patente y pedir derechos en el caso de q con avances de la tecnología se pueda iluminar con PWM sin perder eficiencia. Si te fijas, en la reclamación de los derechos cubiertos por la patente, sólo se reclama derechos sobre un margen de DT para cualquier tipo de tecnología led, desarrolada actuamente o no. Especificamente menciona la tecnología de seleniuro de Zinc, q aunq aún está en desarrollo y es poco eficiente, tiene dos ventajas muy grandes: no necesita reactores de deposición de vapor para hacerlos, q es lo q encarece los actuales, y su pérdida de eficiencia es mucho menor con el incremento de corriente, así q si se consigue desarrollar esta tecnología lo suficiente, la técnica sería muy rentable y entonces podrían reclamar derechos.

    Hay mucha gente q patenta algo no para hacer un producto, sino sólo para reclamar derechos si suena la flauta. Y este es claramente el caso. Además este tipo de técnicas se prestan mucho al marketing engañoso, como ocurre actualmente con los vendedores de lámparas led, q venden tanto lo de las frecuencias de luz "malgastadas" en verde y q como los leds no emiten, dan mucho más rendimiento. Lo q es una verdad a medias, y nunca puede justificar los incrementos de rendimiento q proponen. Este caso es otra verdad a medias (se consigue aumentar el rendimiento por unidad de luz, pero no por unidad de energía empleada) q seguro q veremos a menudo como justificación para vender q un sistema led puede producir 5 o 6 veces más q uno convencional.

    Porq son argumentos q, a no ser q estés muy informado, te tragas con total naturalidad. Es lo q tiene el marketing, q las medias verdades son lo q mejor funciona.

    Por ejemplo, yo he perdido la cuenta de cuantas veces he posteado en el foro q los leds de 5mm son una mala elección y q no permiten obtener mejores rendimientos en flora, con argumentos sólidos. Y aún así, casi a diario hay alguien preguntando si esos paneles funcionan lo q sus vendedores pretenden.

    Además, la base de todo esto es que la clorofila, una vez activada por un fotón, cede electrones y queda incapacitada para absorber otros hasta que se restablece el equilibrio eléctrico. Los fotones que llegan durante este periodo se desperdician y tanto daría que no llegasen. Por lo tanto nos los podemos ahorrar, ¿cómo?, introduciendo microperiodos de oscuridad y de alguna forma sincronizando todas las moleculas de clorofila. Entonces, ¿dónde esta la necesidad de que el pulso sea más intenso?.
    Eso es la base de todo. Cuando empezamos a teorizar sobre este tema, se sabía q una antena fotosintética rechaza un fotón mientras aún esta excitada. Pero no se sabía cuanto tiempo tarda el pigmento en transmitir el electrón excitado a la siguiente molécula de la cadena, y si era necesario sólo eso o también q la molécula central de clorofila recibiese los ocho electrones necesarios para disociar una molécula de agua para q las antenas procesasen un nuevo fotón. Esto fue hace un poco menos de cuatro años.

    Pero en este tiempo, las técnicas de fluorescencia han permitido estudiar bien las cinéticas de estos procesos, descubriéndose q el tiempo de excitación de una antena es de unos cuantos femtosegundos, una velocidad demasiado rápida para q la luz pulsada pueda sacar provecho de ello, por cuestiones técnicas (hacer un driver con regulación en nanosegundos es muy complicado, en femtosegundos requiere tecnología espacial y leds con un tiempo de respuesta excepcionalmente rápido). Y se ha comprobado q hay un stock de moléculas q pueden almacenar durante algún tiempo el exceso de energía, de ahí q los pulsos relativamente cortos (más cortos cuanto más alta es la intensidad del pulso) funcionen mejor q los largos (q acaban usando todo ese stock)

    De manera q la luz pulsada en unos determinados rangos incrementa la absorción de fotones, pero no la eficiencia cuántica (la energía disponible por cada fotón captado). Y dado q con luz contínua se han observado reflectancias por debajo del 10% con espectros optimizados, la capacidad de mejora existe, pero es pequeña.

    De todas maneras, la posibilidad de mejora existe, y no descarto q la luz pulsada acabe siendo un instrumento más para incrementar la eficiencia, pero no a corto plazo. Por ejemplo, ahora Osram ha apostado por incrementar las dimensiones de los chips usados en los leds de alta potencia, disminuyendo la densidad de corriente (el Diamond Dragon, de 2mm cuadrados, frente a 1mm2 de los demás), lo q permite reducir bastante las pérdidas debido a PWM.

    Dado q lo q sí se ha probado es q se puede incrementar el rendimiento por unidad de luz con energía pulsada, falta por conseguir q ese aumento sea mayor q el coste energético de los pulsos. Lo q es cierto es q PWM, aunq disminuye la eficiencia, alarga la vida útil (dentro de unos rangos) de los leds, así q hay beneficios potenciales en la técnica.

    Por cierto, encantado de q aparezcan por este foro discusiones sobre temas avanzados como éste, al final nos convertiremos en una referencia sobre cultivar con leds, siempre y cuando los intereses creados no nos jodan (léase borrado del hilo de la compra conjunta).

    Un saludo

  7. #7
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    No lo e leído todo el post xro repasando x encima e deducido k x frecuencias en las luces es mas eficiente.
    No se si sera lo mismo lo de las frecuencia en música para las plantas xro los leds conectados al ridmo de una música no seria lo mismo?

  8. #8
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    En principio de debiera tener nada q ver una cosa con la otra. La luz pulsante basa su incremento de efectividad en reducir los fotones reflejados, y las frecuencias usadas sólo tratan de encontrar la mejor manera de lograr ese objetivo.

    No obstante, el tema de la influencia de la música en las plantas no se comprende nada bien, pero lo cierto es q estudios controlados lo han puesto de manifiesto. Hay muchas cosas q no entendemos de las plantas y muchas más q seguramente ni sabemos q existen. Entre ellos, el mecanismo por el cual vibraciones en determinadas frecuencias las afectan.

    Por ejemplo, el otro día estuve leyendo un estudio q provaba el sentido del olfato en las plantas, y muy desarrollado, además. Oís bien, las plantas huelen. Se comprobó con una planta parásita q sólo parasita otro tipo de planta, y no se sabía como hacían para encontrarlas. Pues bien, resulta q cuando la susodicha germina, saca un tallito, da dos vueltas de 360º alrededor y entonces se encamina directamente hacia la planta objetivo. Directa, sin fallo. Y no hay otra manera, por q la parásita, si no encuentra un huésped antes de unos días, no puede sobrevivir. Posteriormente se encontró q la parásita es capaz de distinguir moléculas q sólo emite su planta huésped, oliéndolas.

    Así q pienso q explorar los efectos de la luz pulsada junto con música y siguiendo el compás puede ser muy interesante . Igual no funcina para nada, pero tengo la intuición de q no será así.

  9. El siguiente Usuario da las gracias a Knnabinoide por este Post:

    rayito_vk (29/12/2011)

  10. #9
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    Re: Luz pulsante con LEDs

    Cita Iniciado por rhinospray Ver Mensaje
    Sus resultados demuestran que cualquier frecuencia de encendidos entre 1000 y 500.000 por segundo es igual o mejor que la luz continua, siendo 2500 lo óptimo.
    Buscando informacion sobre esto me tropece con tu post..

    Yo estoy probando este sistema y lo inicio esta primera semana de noviembre si consigo prepararlo todo o la siguiente a mas tardar.

    Lo de pulsar la luz tantas veces por segundo es hoy por hoy, algo imposible para mi o lo mas imposible diria yo es controlar los tiempos que yo quiera, pero encontre la forma de hacer parpadear los LEDs lo mas simple posible (vermos que duran con tanto parpadeo)

    El montaje que hice es basicamente para conseguir lo siguiente:
    1 - eleccion de los tiempos de los colores segun el estado en el que la planta se encuentre (crecimiento o floracion)
    * para crecimiento, selecciono 5 segundos de pulsos solo azules + luego 2 segundos de pulsos rojos
    * para floracion, selecciono 5 segundos rojos + 2 segundos azules
    (esto se consigue con un simple rele)

    2 - luego para crear los pulsos que haran las luces, sean las rojas o las azules las que esten brillando:
    * conecto a AC230v los LEDs, con un puente de diodos completo para pulsar los mas rapido posible.
    la electricidad AC (la que llega a tu casa) trabaja a 25ms con una onda que va de 0 a x1.41 del total marcado por el voltimetro, en mi caso iria de 0 a 320v en pulsos de 12ms al ser puente completo, pero de esos 12ms apenas seran encendidos los LEDs 6ms y luego se apagaran durante el resto (6ms), calculo que el ciclo seria algo como asi (3ms-6ms-3ms-3ms-6ms-3ms-3ms-6ms-3ms-3ms al unir las 2 ondas la bajada de una se une con la subida de la otra)

    * esto daria unos 170 pulsos por segundo y estos pulsos seran practicamente invisibles para la vista, no se donde ves tu la facilidad de pulsar a 2500 pulsos por segundo, creo que ni te paraste a pensar que cantidad era esa, ademas que como te dije en la actualidad llegar a tantos pulsos con cosas que podamos comprar es IMPOSIBLE.


    Mi proyecto junta dos inventos que no son mios, claro esta:
    1 - el pulsar los colores, ya hay algun fabricante que lo hace... 'Led EOS iGrow'
    2 - tras pulsar los colores toca pulsar la luz de estos, es una copia de lo que tu propones (que ya habia visto comentarios), para esto uso las ondas AC

    El pulsado automatico de la luz calculo que podria llevar a un ahorro cercano al 40%, pero no mas.
    Por lo que si pongo LEDs azules a 200w estaria gastando cerca de 120w y lo mismo con los LEDs rojos, el problema de tal bruto montaje es que los vatios totales de luz azul y roja tienen que ser practicamente iguales ya que al ir en serie cada uno por su lado a una linea de 230v que tiene picos de 320v, cada serie sera equivalente en voltios.

    * PROBLEMAS:
    1 - para los que tenemos 230v el problema es que necesitamos una serie de LEDs muy alta en mi opinion suficiente para mas de 1m2, por lo que si se tiene un armario de de 0.5m2 como la mayoria tenemos debemos bajar el voltaje de la linea con un dimmer (y no me fio mucho de las ondas que dejan estos dimmers chinos, ademas del gasto energetico que puedan tener)
    2 - tambien encontre formas sencillas de adaptar las series de LEDs a tu linea, si te faltan LEDs para hacer la serie se pueden incluir ventiladores en serie, yo uso LEDs COB que trabajan a 30/32v los azules-blancos y a 20-22v los rojos por lo que un ventilador de 24v te servira perfectamente para las 2 series.
    (lo que se puede hacer es conectar los LEDs a series de ventiladores que haran de ventilacion interna a las plantas + enfriamiento de LEDs y se podrian incluso añadir para extraccion, el unico problema de usar los ventiladores de esta forma es que SIEMPRE estaran encendidos cuando la luz este encendida y NUNCA estaran encendidos cuando la luz este apagada)
    Última edición por o_antonio_o; 31/10/2017 a las 14:53 PM

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