LED para cultivo indoor - cálculo da DLI emitida

[marcello.t]

Olá pessoal,
Quero construir um terrário para cultivo. Comecei estabelecendo a área (1,19 m2 , um espaço de 1,7 x 0,7 m) e logo me deparei com a questão da altura de onde deixar as lâmpadas.
Comecei a buscar informações sobre a iluminação em cultivo de PCs e decidi utilizar LED devido ao custo mais acessível atualmente – especialmente dos LED tipo chip/”cob” -, da economia de energia elétrica e da menor produção de calor.

Buscando entender o dimensionamento que preciso, minha dúvida inicial era “o que uma dioneia precisa em relação a luz”? E depois, “Como essa necessidade se traduz em uma luz artificial”?

Havia lido em alguns tópicos sobre o valor de 80 watts por metro quadrado, se não me engano. Porém, também havia visto que watts não se traduzem da mesma forma quando se considera LED. Comecei a pesquisar e encontrei algumas fontes que gostaria de compartilhar:

1.site do ICPS
a. http://www.carnivorousplants.org/grow/S ... ntLighting
Neste link, o autor John Brittnacher discute iluminação FLUORESCENTE para PCs, e ao mesmo tempo introduz conceitos gerais de iluminação e espectro luminoso. O que me pareceu útil foi uma tabela no meio do artigo na coluna da direita, onde a necessidade de luz em lux de cada planta é citada. Ali consta que dioneias necessitam entre 15000 e 25000 lux.
b. https://carnivorousplants.org/grow/Soil ... ntlighting
Neste outro, do mesmo autor, o tema são os LEDs, porém não encontrei uma forma de converter os parâmetros que o fabricante do LED fornece para a necessidade luminosa das plantas.

2. http://www.esalq.usp.br/lepse/imgs/cont ... ulture.pdf
Neste pdf da Philips há os parâmetros de medida de luz que importam para as plantas, especialmente o “DLI” (mais sobre isso abaixo).

3. https://curiousplant.com/light-type-car ... ts-part-1/
https://curiousplant.com/light-carnivor ... ts-part-2/
Esta série de artigos em 3 partes me pareceu a melhor em geral pois esclarece de forma passo a passo, e assumindo que o público leitor é leigo como eu, os parâmetros de medida de luz e as necessidades de luz das PCs.
Na segunda parte deste artigo há uma calculadora de DLI a partir de watts ou lumens. Muito útil, porém ela não permite o cálculo com LED, apenas com outras modalidades de iluminação como fluorescentes.

4. https://lightinganalysts.com/photometry ... synthesis/
Este site me parece voltado ao publico profissional/técnico. Neste artigo de Ian Ashdown as
definições dos parâmetros como PPDF são novamente abordadas e, mais importante, é explicitado um fator de conversão de lux para PPFD em luzes de LED brancas (mas não para os LED tipo grow lights [azuis+vermelhas]).

O que eu entendi dessas fontes:
A radiação luminosa como percebida pelos humanos é o mesmo espectro útil para a fotossíntese, de 400 a 700 nm.
Entretanto, cada comprimento de onda/cor é absorvido diferente. As radiações nas áreas azul e vermelha são as mais úteis para as plantas, enquanto as verde-amarela, infravermelha e ultravioleta seriam menos úteis. Mas em geral, a radiação fotossinteticamente ativa (PAR – photosynthetically active radiation) forma um espectro consistente para as plantas.
Nota: essa sigla PAR é diferente do ‘PAR’ usado em spots de LED, que indica um modelo de bulbo, como PAR30, PAR38.

Como esse valor PAR se relaciona com as medidas usadas para percepção humana, como kelvin, CRI (color rendering index) e lumens? Pelo que entendi, humanos percebem melhor a faixa do amarelo e verde.

Devido a esta diferença na “utilidade” do fóton para a fotossíntese de acordo com a sua “cor”, um feixe de luz que incide na superfície da planta deve ter cada porção do espectro de cor pesada pela sua “utilidade”.
Para exprimir esse fato a unidade de medida empregada é o fluxo fotônico fotossintético (PPS – photosynthetic photon flux).

Outras definições de unidade que me foram úteis:
- kelvin – se refere à percepção da cor da luz pelos humanos. Quanto maior o valor, mais azulada é; quanto menor, mais amarelada. Na faixa intermediaria esta a luz branca. A luz solar corresponde a cerca de 5500k, e nesta faixa para um pouco mais ou menos, seria adequada para as plantas.

- CRI – o quanto fiel é a cor de um objeto sob luz artificial, quando comparada à luz natural. A luz natural tem CRI de 100%, e as LED, cerca de 80-85. Há as com alto índice CRI, de ‘>95’.

- lumen – medida do fluxo luminoso. Intensidade da luz percebida pelas pessoas.

- lux – medida do fluxo luminoso por área (lumen/metro quadrado)

- PPS – photosynthetic photon flux – número de microMols de fótons que estão dentro do espectro PAR produzidos por segundo por uma fonte luminosa.

- PPFD (photosynthetic photon flux density) – número de PPS aplicado em uma área de 1 metro quadrado e por um segundo.
Pelo que entendi, se lux é lumen por área, PPFD é PPS por área.
Quanto maior a distância da fonte luminosa até a área, menor a PPFD – informação útil para planejar a distância das luzes de LED até o chão do terrário (lei dos quadrados inversos).

Como a medida de micromols por segundo é pouco prática, no período de 24 horas o PPFD é dado em Mols por dia, o que é denominado DLI.

- DLI (daily light integral) – é o PPFD em um período de um dia, em Mols.
Esta unidade permite comparar o quanto uma lâmpada produz versus o quanto uma planta precisa.
Para as plantas, há tabelas estabelecidas. Na referência 3. , por exemplo, está indicado que uma dioneia precisa de 14 DLI por dia, no mínimo, como incidência luminosa ideal.


Próxima pergunta, quanto DLI uma luz artificial emite?

Na referência 3. ainda, há uma serie de cálculos em 4 passos para determinar o DLI de uma luz artificial. Esses calculos levam em conta o tipo de luz (exceto LED!), ângulo de abertura do foco de luz, distância até a superfície alvo e numero de horas por dia em que a luz ficará ligada. Você insere as medidas que o fabricante fornece, sejam watts ou lumens, mais o ângulo de abertura, e fornece a altura das lampadas etc, e o resultado de DLI emitido pela lâmpada é fornecido. Muito bom, porém não temos as lâmpadas de LED consideradas!

Comecei então a buscar uma referência que me permitisse converter alguma unidade fornecida pelo fabricante (watts, lumens, lux) em PPFD. Foi então que encontrei a referência 4. Nela há uma tabela que mostra o fator de conversão de kilolux para PPFD, de acordo com o tipo de lâmpada.
Nesta tabela constam os LED, estratificados por kelvin (os demais fatores de medida – watts, lumens estão considerados já no número de conversão segundo entendi).

Finalmente, posso escolher um LED, verificar o fluxo luminoso em lumens e obter o DLI:
-primeiro, converto lumens em lux usando os passos 1 e 2 da referência ‘3.’.
-Segundo, usar a tabela de lux-PPFD da referencia ‘4.’ e multiplicar o número de lux (convertidos para kilolux) pelo fator de correção para obter o PPFD.
-terceiro, jogar o resultado do PPFD na conta do passo 4 da ref 3. para obter o DLI emitido pela fonte luminosa.

Finalmente, comparar os DLI que uma planta necessita com o emitido por uma fonte luminosa, levando em conta a altura da fonte de luz, o fluxo luminoso em lumens, a cor aparente em kelvin e o espectro de emissão da lâmpada (o quanto é similar ao PAR).

Havia visto que o resultado deve ficar próximo do ideal da planta, nem muito abaixo, nem muito acima. Para variar o resultado final, posso alterar a os parâmetros acima, como altura da lâmpada, o fluxo luminoso emitido adquirindo LEDs mais fortes ou fracos, ou ainda, o numero de horas por dia em que a lâmpada ficará ligada.

Exemplo:
https://produto.mercadolivre.com.br/MLB ... 2730351879
Este LED da Philips de 40W
Informações necessárias: - Eficiência Luminosa: 3200 Lumens; - angulo: 60°; temperatura de cor 3000K

Primeiro, na referencia 3, escolho fonte de luz modalidade bulbo ( a outra possibilidade é para luz cilíndrica). Insiro o ângulo do feixe de 60 graus e escolho aleatoriamente 30 cm para altura da lâmpada.
Resulta em área de 0.09m2, que uso no Passo 2 da conta para multiplicar pelos lumens e obter os lux. Neste caso, 0,09 x 3200 = 35555

A seguir, tenho que converter os lux em kilolux dividindo por mil, e multiplicar isso pelo fator de correção. Como esse site não tem a opção LED, recorro à tabela da ref.4, onde um LED de temperatura de cor 3000k tem fator de correção de 17.1 :
35kilolux x 17.1 = 598,5 PPDF

De volta ao site anterior, jogo esse resultado no Passo 4, multiplico PPFD pelo numero de horas em que a luz ficara ligada, obtendo o DLI.
Neste caso, com 12h de luz diária, a DLI é de 25,86, bem acima do DLI da dioneia.
Se ela tiver espectro completo do PAR (e deve ter pois é uma luz branco-amarelada), deve funcionar muito bem. Não encontrei, porém, a especificação de espectro para esta luz.
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Ufa... e pensar que se pudesse utilizar um jardim com sol batendo a tarde inteira, minha preocupação com luz seria mínima.

Mesmo tendo encontrado referências para me basear, não tenho experiência prática. Gostaria de saber se alguém com experiência com LED no cultivo pode validar, corrigir as informações e dar sua opinião, outras formas de calcular a necessidade de luz das plantas (especialmente se houver algo mais simples). Inclusive, se alguém usa os chips de LED, gostaria de saber sobre eficiência e aquecimento.
Também ficou a dúvida de como distribuir as lâmpadas para que a luz incidente seja o mais homogênea possível.
Paulo (moderador), havia visto uma foto do seu com LED. Poderia me contar sobre sua experiência?

[Edson Poscai]

Excelente tópico explicativo Marcelo.

[Paulo]

Marcelo,

Tópico interessante, meu cultivo é indoor e iluminação é um grande problema.
Eu estava usando apenas luz branca de led´s 6400k, as plantas se dão bem, dão flores, mas não dão polem.
Agora eu mesclei lampadas grow com lampadas brancas, assim eu consigo enxergar as cores das plantas.
Verei o resultado sobre sementes dentro de alguns meses.

Paulo

[Paulo]

Fazendo um adendo o Marcelo deu um exemplo de lampada PAR e o Edson meu passou o link que é muito interessante sobre elas.

https://cidadeled.wordpress.com/2014/02 ... padas-par/

São lâmpadas com refletor de alumínio, existem muitas a venda no ML, mas é preciso tomar cuidado com esse tipo lâmpada com led.
Eu comprei algumas e os leds não estão usando o sistema de reflexão, o corpo é de alumínio, mas os leds estão no topo, ou seja não concentram a luz.

Paulo

[André38]

[img][/img ]
Comprei esta Lâmpada de 100w pra tentar manter um terrário n deu certo tenho tentado usá-la para lazer left drosera até da certo mais dioneia nunca da certo pelo q li ela e muito forte ou a distância esta errada certo

[aquis]

Tópico excelente sobre iluminação artificial indoor, eu cheguei a comprar uma lâmpada para cultivo indoor no Aliexpress, e chegou funcionando bem, mas eu utilizei um luximetro e achei extremamente baixo o valor apresentado, pra se ter uma noção, medi uma lampada amarela led quase encostada no medidor e apresentou mais de 175 mil lux, com a lâmpada grow que comprei não chegou a 10 mil lux, e fica a minha dúvida, será que as luzes vermelhas e azuis são detectáveis no Luxímetro ? o valor apresentado seria confiável ?

[betomuraro]

Daria pra fazer uma planilha com esses cálculos aí hein?


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