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Eficiencia en iluminación.
Para determinar la eficiencia de una fuente de iluminación
no debemos tomar en cuenta solamente la cantidad de lúmenes
que pueda generar dicha fuente en relación a su consumo
(lm/w), sino también la cantidad de Lux o flujo luminoso
que pueda recibir el objeto o área que se intente
iluminar.
En el caso de los Metal Halógenos
o Metal Halide la emisión de su flujo luminoso es
radial, lo cual quiere decir que la luz viaja o se proyecta
en cualquier dirección. "Si" lo que se
pretende iluminar es el piso, techo y las 4 paredes de una
habitación, entonces no habría ningún
inconvenientes para su utilización, pero en el caso
de un acuario solo nos interesaría iluminar lo que
está contenido en su interior, y en estos caso los
metal halide tendrían que recurrir a las pantallas
reflectoras, que en el mejor de los casos solo podrían
conducir el 70% de su flujo hacia la parte inferior, y sobre
ese 70% habría nuevamente un 60% o 70% más
de luz que se estaría desperdiciando en los costado
del objeto o área que se intenta iluminar.
Las 3 primeras fotos de la galería
de la parte superior corresponden a un acuario con tope
abierto iluminado con una lámpara metal halide de
150W, y las siguientes 3 fotos corresponden al mismo acuario
iluminado con una barra de iluminación LED de 27W.
En las 3 primeras fotos podrán observar que la luz
está iluminando el acuario y todo lo que está
a su alrededor, desperdiciando así su flujo luminoso
y causando un efecto indeseado en las paredes, piso y otras
áreas circundantes al acuario. En las siguientes
3 fotos de esa misma galería se puede apreciar que
la luz emitida por los LEDs es extremadamente puntual e
ilumina solo lo que necesita iluminar, se puede ver que
no hay escape de luz en ninguna dirección, y se puede
observar que hasta los vidrios del acuario en su parte interior
están exentos de reflejos indeseados que puedan diluir
el efecto de contraste y textura en la superficie de las
rocas vivas u otros objetos que se estén intentando
iluminar.
Nota: Las fotos
fueron tomadas con exposición manual el mismo día,
en el mismo horario con la misma cámara, el mismo
lente y con los mismos ajustes en balance, ISO, apertura
y exposición. La diferencia en la intensidad de la
luz, sensación de profundidad, textura y contraste
se debe a la naturaleza lineal del flujo luminoso de los
LEDs. Los colores lucen también mucho más
ricos y vivos con los LEDs, pero no lo vamos a tomar en
cuenta en esta oportunidad porque la barra que se utilizó
es un prototipo con una mezcla de chips o LEDs UVA + (otros
espectros) especialmente compuestos para estimular el crecimiento
en Corales Duros SPS y para realzar los colores en estas
especies de corales.
 Medición
de Intensidad
Para determinar la "eficiencia"
en una fuente de iluminación tenemos que conocer
su intensidad, (intensidad de la luz), pero lamentablemente
la cantidad de terminologías y escalas para su medición
tienden a ser inconsistentes y confusas entre los distintos
campos que lo utilizan. Para disuadir las dudas o confusiones
más comunes en esta tópica, vamos a realizar
un breve repaso de la sección de Iluminación
para aclarar algunos de los términos más
utilizados:
Watts
o Vatiaje: es el consumo eléctrico
requerido por la fuente de iluminación, y solo tendría
algún tipo de utilidad cuando se está comparando
el mismo formato y la misma generación de iluminación
dentro de ese formato.
Lumens
o Lúmenes: es la unidad que
indica la cantidad "total"de energía lumínica
o luz que pueda producir una fuente determinada, pero en
la práctica podría ser inutil "Si"
la energía viaja o se proyecta hacia una dirección
erronea.
Lumens/Watts:
es la eficiencia energética
para la producción de lúmenes, pero nuevamente
debemos de recordar que podría ser inutil "Si"
la luz no viaja hacia la dirección correcta.
Lux:
es conocido como "espectro
visible", y es la unidad utilizada en
fotometría para determinar la intensidad de la luz
visible al ojo humano (380~780 nanómetros).
Esta escala es utilizada para indicar la intensidad lumínica
en los ambientes y estudios de grabación, filmadoras,
cámaras fotográficas, vialidades, sitios laborales,
etc. La luz del Sol con cielos despejados en horas del medio
día promedia 100.000 Lux. En el trópico se
han registrado hasta 120.000 Lux sobre la superficie marina
y 25.000 Lux a 1 metro de profundidad bajo condiciones climatológicas
óptimas de iluminación. 1 Lux es igual a
= lumens/metros cuadrados (lm/m2)
Luminous
Flux - Flujo Luminoso: es la unidad
utilizada por fabricantes de luminarias para indicar la
cantidad de luz presente en una superficie determinada a
una distancia determinada. En otras palabras es la cantidad
de energía lumínica utilizable en una fuente,
y normalmente está indicada en la tabla informativa
de los empaques de los fabricantes para referirse a la eficiencia
del producto.
PAR
(Photosynthetically Active Radiation) o Radiación
Fotosintéticamente Activa
:
es la unidad o escala objetiva
de medición
para determinar la cantidad de energía radiante o
fotones activos en el proceso de la fotosíntesis,
la longitud de onda que se toma en cuenta para esta medición
está comprendida entre los 400 y 700 nanómetros.
La cantidad de energía utilizable generada por la
fuente es expresada en micromoles de fotones/m2/s.
Mediciones y escalas a tomar en cuenta en
los acuarios
Tomando en cuenta la aclaratoria anterior,
sabemos que en el caso específico de los acuarios,
los lúmenes podrían ser cifras irrelevantes
para determinar la eficiencia de una fuente de iluminación.
La evaluación de una fuente de iluminación
y las mediciones objetivas en estos casos deberían
de ser realizadas tomando en cuenta la cantidad de Lux,
Luminous Flux y PAR que emita la fuente. Para
la medición del Lux y Luminous Flux se utiliza un
aparato llamado Light Meter o Luxmeter, y para la medición
del PAR los Quantum Meter.
Nota: La barra
de iluminación LED que se va a utilizar para esta
prueba es el modelo Zeon-LSLD-70027 de 27W - 15.000K, y
es distinta al "prototipo" para corales duros
SPS que se utilizó para las primeras 6 fotos que
aparecen al comienzo de esta página.
 Prueba
de Intensidad - LED vs Metal
Halide 27W vs. 150W
Sabemos que el Metal Halide consume 150W y sabemos que como
promedio puede producir como mínimo 12000 lúmenes.
Por otro lado tenemos 27W de consumo por parte de los LEDs,
los chips de la barra de iluminación son de 220 lúmenes
y en su totalidad producirían 1980 lúmenes
"Si" fuesen alimentados con una fuente de 700mA,
pero el LED Driver que vamos a utilizar es de 680mA, así
que solo tendríamos 1900 lúmenes aproximadamente.
Estamos comparando 12.000 lúmenes generados por el
Metal Halide contra 1.900 lúmenes que genera la barra
de iluminación LED, y uno podría asumir con
facilidad que la intensidad de la luz o flujo luminoso emitido
por el Metal Halide es más intenso sobre el acuario,
pero cuando fuimos a verificar con el Luxmeter, las cifras
obtenidas nos indicó todo lo contrario.
La intensidad de la luz del Sol es de aproximadamente
75.800 Lux con cielos despejados en el sur de China a la
1:00 de la tarde, según muestras tomadas a finales
del verano del presente año. La intensidad del Metal
Halide de 150W (14.000K) ubicada a 20cm de la fuente nos
arrojó una respetable cifra de 44.900 Lux en su punto
más intenso, pero la barra de iluminación
LED de 15.000K (grados Kelvin) a 18cm de la fuente arrojó
un resultado que quizás nadie se esperaba. La intensidad
de la luz en la barra de iluminación LED de 27W resultó
ser más intensa que la luz del Sol a la 1:00 de la
tarde, y resultó ser 2 veces más intensa que
el Metal Halide de 150W. El Luxmeter registró 88.900
Lux, y lo resgistró no tan solo en el punto más
intenso de la barra sino a lo largo de ella.
 Rayos
UV e Infrarrojos - LED vs. Metal Halide
Los Metal Halógenos o Metal Halide
producen espectro visible comprendido entre 380 y 780 nanómetros,
al igual que espectros por debajo de 380nm en forma de rayos
ultravioletas y espectros con longitudes de ondas por encima
de 780nm en formas de rayos infrarrojos. No tenemos a mano
los aparatos requeridos para medir los rayos ultravioletas
así como tampoco los rayos infrarrojos, pero sabemos
que el efecto de los rayos infrarrojos se puede evidenciar
con el aumento en la temperatura de los objetos que estén
bajo su efecto.
Para realizar esta prueba seleccionamos
la tapa del lente de la cámara por ser de color negro
y por su textura mate. Los objetos de color oscuro absorben
todas las longitudes de ondas y las superficies texturizadas
eliminan la reflexión. Colocamos la tapa del lente
de la cámara a 20 cm. de distancia de ambas fuentes
durante un espacio de 10 minutos, y tomamos muestras de
temperatura con un termómetro láser.
La prueba se realizó con una
temperatura ambiente de 25°C en una habitación
ventilada, comenzando primero con la barra de iluminación
LED, y después de 10 minutos de exposición
bajo su luz la temperatura permaneció intacta en
25°C. Retiramos la barra de iluminación LED y
encendimos el Metal Halide con la tapa de la cámara
debajo de ella, después de 10 minutos la tapa alcanzó
50°C.
La acción de los rayos infrarrojos
en estos casos no afectarían directamente a los peces
dentro del acuario porque ellos lo evitarían, pero
ese no sería el caso de los corales u otros organismos
que no tenga la capacidad de movilizarse. El recalentamiento
en la superficie de los corales puede dañar sus células
y provocar la expulsión de zooxantelas. Aparte del
recalentamiento directo en los organismos, el recalentamiento
en la superficie de las rocas vivas puede afectar los organismos
que habitan en su interior, y puede aumentar la temperatura
del agua o la carga del chiller o enfriador de agua aumentando
el consumo eléctrico y acortando la vida útil
de la unidad.
Nota: el riesgo
de recalentamiento disminuye en los Metal Halide cuando
son colocados a más de 30 o 40 centímetros
de la superficie del agua, es debido a esta razón
que siempre se instalan a esta distancia y nunca a una menor
distancia o directamente sobre la superficie del agua.
 Temperatura
Operativa - LED vs. Metal Halide
Aparte de los rayos infrarrojos hay
otros factores que pueden afectar la temperatura en el acuario,
y la temperatura operativa de las fuentes de iluminación
es una de ella. Los LEDs generan
calor cuando están en funcionamiento al igual que
el resto de las fuentes de iluminación, pero en menor
proporción.
Los LEDs pueden operar con un aumento de
tan solo 8°C ~ 15°C de temperatura cuando son administrados
correctamente, y es una de las virtudes que ninguna luminaria
de alta intensidad para uso en acuarios posee. Entre los
formatos disponibles para acuarios de plantas o acuarios
de arrecife, ninguna se acerca siquiera remotamente a este
nivel de eficiencia. Los Metal Halide en este sentido son
ineficientes y se sitúan lamentablemente justo en
el extremo opuesto en esta categoría, siendo la fuente
de iluminación que mayor temperatura requiere para
su operación.
Aprovechando que teníamos el termómetro
láser a mano, realizamos mediciones de temperatura
en los componentes y puntos más críticos de
la Barra LED y el Metal Halide para conocer el grado de
eficiencia de ambas unidades.
Comenzamos con la barra de iluminación
LED y después de 10 minutos de funcionamiento detectamos
33°C en el punto de menor temperatura, que resultó
ser el circuito impreso y la base en donde están
los chips, y el punto más alto fue de 40°C y
se presentó en dirección opuesta a los LEDs
en la parte superior del disipador de calor. El calor se
estaba acumulando ahí porque la barra estaba operando
con enfriamiento pasivo, pero de haber habido un sistema
de ventilación, la barra hubiera operado tranquilamente
a 33°C, representando justamente 8°C de temperatura
operativa.
Proseguimos con la medición de temperatura
en el Metal Halide y después de 10 minutos tomamos
muestra de temperatura en la carcasa de la unidad, el reflector
y la bombilla. El punto de menor temperatura fue en la carcasa
exterior y detectamos 106°C en el punto más frío,
la pantalla reflectora midió 151°C y los extremos
de la bombilla 170°C. No pudimos medir en el centro
de la bombilla porque no teníamos el ángulo
apropiado con el termómetro láser, las rejillas
debajo de la pantalla impedían apuntar hacia ese
punto, y no podíamos colocar el termómetro
láser debajo de ellas porque no hubieramos podído
leer la pantalla, pero en todo caso me imagino que la temperatura
podría haberse aproximado a 200°C con facilidad.
Con estos resultados ustedes se imaginarán
porqué los Metal Halide se instalan siempre a cierta
distancia de la superficie del agua, y se imaginarán
porqué ningún fabricante "serio"
lo incorpora en las tapas de sus acuarios en las versiones
de nano arrecifes o acuario kits. Los Metal Halide pueden
operar sin mayores inconvenientes cuando están instalados
a una distancia segura y cuando están colocados en
un sitio con buena ventilación, pero en un ambiente
encerrado aumentarían inevitablemente el consumo
eléctrico en el aire acondicionado y acortarían
la vida útil de la unidad.
Resumen y Análisis
 Antes
de iniciar nuestro resumen quiero aclarar que no tengo nada
en contra de los Metal Halide,
y quiero aprovechar para informarles que los acuarios de
arrecife más espectaculares que existen en la actualidad,
han sidos creados o iluminados con este formato, de hecho
el mismo acuario que ustedes ven y que se utilizó
para la prueba ha sido madurado durante 9 meses con el metal
halide que se utilizó para la prueba comparativa.
El gran problema que tienen los metal halógenos o
metal halide, son las ventajas y cualidades excepcionales
que incorporan los LED al campo de la iluminación,
los cuales eran totalmente inexistentes previa a la aparición
de este formato.
Intensidad
LED:1-Metal Halide:0
Comparando una fuente LED de 27W y una
fuente Metal Halide de 150W a 20 o 30 centímetros
de la superficie del agua, los LEDs son 2 veces más
intensos, pero en la práctica los LEDs podrían
estar colocados a escasos centímetros o milímetros
de la superficie del agua, y en ese caso la intensidad sería
aún mayor.
Estética
LED:1-Metal Halide:0
Las imágenes hablan por si sola, y la riquesa y pureza
de los colores, la sensación de profundidad, el contraste
y la textura de los objetos o superficies iluminados con
la barra LED de 15.000K (grados Kelvin) son innegables.
Un metal halógeno de mayor vatiaje podría
alcanzar esa intensidad y un espectro similar podría
crear esos tonos, pero dificilmente podría replicar
esos efectos debido a la naturaleza radial de su flujo luminoso.
Eficiencia Fotosintética
LED:1-Metal Halide:0
Para esta prueba era necesario un Quantum
Meter o Medidor Quantum, pero lamentablemente nos enviaron
una unidad con una sonda equivocada (No Sumergible), y por
eso la tuvimos que devolver nuevamente al proveedor en Estados
Unidos. Para la próxima evaluación de iluminación
realizaremos las mediciones correspondiente y actuarizaremos
la información en esta sección.
Consumo Energético (Directo e Indirecto)
LED:1-Metal Halide:0
Los LED consumen tan solo 27W
contra 150W que requiere el Metal Halide para su funcionamiento,
representando un ahorro energético del 455% en forma
directa. La temperatura operacional de los LEDs es de 8°C
y no representa un impacto en la temperatura ambiental,
no contienen rayos infrarrojos y no eleva la temperatura
del agua ni la de los objetos que ilumina. Los Metal Halide
requieren 170°C o más grados centígrados
para operar, aumentan la temperatura ambiental y la carga
del aire acondicionado. Aparte de la temperatura ambiental
aumentan también la temperatura del agua y la carga
del chiller enfriador, generando así otra carga adicional
de consumo eléctrico.
Flexibilidad
LED:1-Metal Halide:0
Los LEDs pueden ser colocados
a escasos centímetros o milímetros del agua,
pueden ser instalados prácticamente dentro de cualquier
lámpara o unidad de iluminación, los Metal
Halide no pueden. La flexibilidad de los LEDs no se limita
o refiere tan solo a su instalación o distancia de
colocación, sino también a la facilidad para
crear múltiples zonas de iluminación con distintos
niveles de intensidad. En un acuario con terrazas aéreas
se puede obtener zonas con iluminación extrema en
la superficie, iluminación alta e intermedia en el
fondo, y zonas de muy baja iluminación bajos las
terrazas, permitiendo así tener corales duros SPS
sobre las terrazas, corales LPS y tridacnas clams en el
fondo, y corales blandos con muy pocos requerimientos de
iluminación en la pared o parte trasera del acuario
y debajo de las superficies verticales de las terrazas.
Con los Metal Halide sería muy difícil obtener
estos efectos de iluminación y casi imposible obtener
efectos visuales tan dramáticos debido a la naturaleza
radial de su flujo luminoso.
Disponibilidad
LED:0-Metal Halide:1
Los Metal Halide no son fáciles
para conseguir, pero en una tienda especializada con un
buen surtido de equipos y accesorios para acuarios marinos,
se podrían adquirir o encargar. Los LED es una tecnología
nueva, costosa y hasta desconocida en muchos países,
y eso hace que puedan ser extremadamente difíciles
de conseguir.
Mantenimiento
LED:1-Metal Halide:0
Las bombillas en los Metal Halide
requieren ser reemplazadas cada 9-18 meses, dependiendo
de su utilización y dependiendo sobre todo de la
naturaleza de sus balastros. Los LED pueden durar 20 o más
años cuando son administrados y configurados correctamente,
y después de 20 o más años pueden seguir
funcionando con una disminución de tan solo 25-30%
de su intensidad inicial, sin cambios en su espectro y sin
mantenimiento de ningún tipo durante este periodo.
Costo Inicial
LED:0-Metal Halide:1
El costo de adquisición
es alto en ambas versiones porque son equipos altamente
especializados, pero el precio podría favorecer ligeramente
a los Metal Halide en estos momentos. Pienso que con la
incorporación de nuevas marcas y fabricantes de luminarias
LED, los precios podrían emparejarse en cuestiones
de 1 o 2 años.
Conclusiones
LED:6-Metal Halide:2
Los LED son claramente superiores
visto desde el aspecto técnico, y creo que muchos
de nosotros ya lo sabíamos antes de la prueba, solo
que no todos lo conocían con exactitud, cifras o
niveles de eficiencia. En cuanto a los Metal Halide, es
lo más eficiente y espectacular que existe aparte
de los LED en el área de la iluminación.
Las personas que ya posean una instalación
Metal Halide en sus acuarios de arrecife o acuarios de plantas,
no tienen la necesidad de cambiarse para el formato LED.
De hecho yo, y muchos de mis clientes en campos muy específicos
como la Horticultura, Floricultura y Acuicultura siguen
utilizando el formato Metal Halide en conjunto con otras
fuentes de iluminación. Quizás con el tiempo
esas unidades serán reemplazadas con LED cuando su
vida útil haya caducado, pero por los momentos no
existe un motivo real o urgencia para su reemplazo.
Las personas que se estén iniciando
en el hobby y que no hayan adquirido aún el sistema
de iluminación para sus acuarios, si podrían
y deberían de considerar seriamente a los LED como
su primera opción debido a su eficiencia y rendimiento,
y debido a todas las ventajas y cualidades únicas
y excepcionales que ofrecen estos formatos.
Otras Consideraciones
Recientemente he
visto muchos comentarios de usuarios
en foros de distintos países que dicen haber cambiado
del formato Metal Halide para el formato LED, y aseguran
que la diferencia no los ha impresionado. Ahora habría
que preguntarse o preguntarles que, con qué tipo
de LEDs se reemplazó las unidades metal halide que
ellos utilizaban, habría que preguntarles sobre el
espectro e intensidad "Real" de la lámpara
LED ("Si" es que lo saben), y por último
habría que preguntarles sobre la configuración
del espectro y la procedencia de los chips o la marca y
origen del fabricante de luminaria LED que seleccionaron.
Existen en el mercado y sobre todo en las
tiendas de descuentos y sitios de subastas online, cantidades
infinitas de chips o LEDs genéricos de la primera
y segunda generación pertenecientes a lotes obsoletos
fabricados hace 3 o 4 años atrás, a precios
super atractivos para compradores incautos, cazadores de
ofertas y fabricantes de luminarias con poca experiencia,
seriedad o ética, y en esos casos los resultados
de los proyectos caseros o las lámparas fabricadas
con esos LEDs, podrían ser contrarios a los esperados
debido a errores en la configuración, deficiencia
en el espectro y otras fallas técnicas ocacionadas
por error u omisión de información y detalles
técnicos que pudiesen interferir en la eficiencia
y correcto funcionamiento de las unidades compradas o elaboradas.
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