Iluminación LED vs Metal Halide – 27W versus 150W

Los Metal Halide, conocidos también como: Metal Halógeno, Haluros Metálicos o Halogenuros Metálicos fueron considerados durante mucho tiempo como los reyes absolutos de la iluminación por su eficiencia, intensidad, poder de penetración y amplia selección de espectro para acuarios plantados y acuarios de arrecife. En años recientes la dominancia de los Metal Halide ha estado en seria disputa con la aparición de una nueva generación de iluminación más compacta, flexible y eficiente. El contrincante es la 3ra y última generación de iluminación general de alto poder denominado “LED” (Light Emiting Diodes).

La eficiencia de los LED “Diodos Emisores de Luz o Diodos Luminosos” han llegado hasta el punto que se ha llegado a comparar 9 Watts de iluminación LED contra 150 Watts de Metal Halide en el campo de la Botánica. Para constatar la veracidad del hecho replicamos el experimento en un artículo anterior en donde pusimos en prueba la eficiencia de ambas fuentes para inhibir el crecimiento de una alga marina denominada Caulerpa Taxifolia. Los resultados y detalles de la prueba lo pueden ver en el siguiente enlace: 
“LED vs Metal Halide – 9W versus 150W”.

En esta oportunidad no vamos a tomar en cuenta la eficiencia de las fuentes en la fotosíntesis, sino su eficacia como fuente de iluminación, su intensidad, la estética de su espectro, así como también factores físicos que puedan comprometer la estabilidad del sistema, la salud de los habitantes del acuario y el consumo eléctrico derivado directa e indirectamente con la utilización una u otra fuente.

Eficiencia en iluminación

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

Lux metro – intensidad de la luz a la 1:00 PM en Verano en Guangzhou – indicando 75.8000 Lux

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:
Watt o Vatio: 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 inútil “Si” la energía viaja o se proyecta hacia una dirección errónea.
Lumens/Watts: es la eficiencia energética para la producción de lúmenes, pero nuevamente debemos de recordar que podría ser inútil “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.

Prueba de Intensidad – LED vs Metal Halide 27W vs. 150W

Luxmeter indicando casi 90.000 Lux sobre la superficie del acuario

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 registró no tan solo en el punto más intenso de la barra sino a lo largo de ella.

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.

Rayos UV e Infrarrojos – LED vs. Metal Halide

Aumento de la temperatura bajo el Metal Halide debido a la presencia de Rayos Infrarrojos

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

Temperatura Operativa de una lámpara Metal Halide mostrando 151°C sobre la pantalla reflectora

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 hubiéramos podido 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

Zoantidos iluminados con una barra de iluminación LED Zeon de 15000K

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 sido 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 riqueza 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 difícilmente 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 actualizaremos 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 ocasionadas por error u omisión de información y detalles técnicos que pudiesen interferir en la eficiencia y correcto funcionamiento de las unidades compradas o elaboradas.