Protocolo de pruebas de luz: PPF Óptimo Utilizable
En este artículo se va a exponer la manera más óptima de realizar un protocolo de pruebas para saber si la luminaria escogida es la ideal para el cultivo. Es un artículo que explica paso a paso cada uno de los puntos que infiere en la medición, por lo que es un artículo metódico y cargado de información muy útil que abrirá los ojos a más de un cultivador/a.
El protocolo de pruebas es la manera en la que podemos proporcionar datos fiables de terceros sobre los dispositivos de luz de cultivo. El desarrollado de este protocolo de pruebas está basado en las ciencias de la física y la botánica. Las pruebas de campo no están patrocinadas por los fabricantes. El único interés es educar a los cultivadores y ser una fuente fiable y creíble de datos e información sobre las luces de cultivo
En este artículo se Explica lo que se mide, cómo se mide y por qué es importante.
Este artículo forma parte de la Guía de luces de cultivo:
- PPFD, PPF, LUZ PAR. Guía de luz para el cannabis
- ¿Cuánta luz (PPF) necesitas para el cannabis de interior?
- Cálculo de la eficiencia de la luz, la cobertura y el potencial de cosecha
- Protocolo de prueba de luz: PPF óptimo utilizable
La necesidad de pruebas y normas para las luces de cultivo
Los datos que se dan sobre las lámparas de cultivo suelen ser engañosos. Los fabricantes utilizan métricas como «vatios anunciados» y «equivalencias HPS», que son poco más que trucos de marketing. Incluso cuando publican cifras sobre la radiación fotosintéticamente activa (PAR) o el flujo de fotones fotosintéticos (PPF), puede ser difícil saber si los datos son una medición o un cálculo y lo que realmente significan. No existen normas válidas en el sector que permitan a los cultivadores realizar comparaciones precisas entre las distintas instalaciones.
Con el protocolo que más adelante se describe sean realizado pruebas de campo diseñadas para medir la PPF óptima utilizable de las lámparas de cultivo. Hay que sostener que ésta es la métrica más relevante para evaluar el rendimiento de una luz de cultivo en un cultivo de cannabis en interior. En este artículo, explico qué es la PPF Óptimo Utilizable, por qué es la métrica que realmente importa y el protocolo que seguimos para medirla.
Pruebas de PAR en lámparas de cultivo: Laboratorio vs Campo
El Flujo de Fotones Fotosintéticos (PPF) es una medida de la cantidad de fotones en las longitudes de onda de la Radiación Fotosintéticamente Activa (PAR). Más que los vatios o cualquier otra medida, el PPF es la única medida que describe el verdadero «tamaño» de una luminaria. Estos son los datos que necesitamos para evaluar la eficiencia, el área de cobertura y el potencial de cosecha.
Integración de esferas frente a medición de campo
Existen dos formas muy diferentes de medir la PPF: las pruebas de laboratorio y las pruebas de campo. Ambos estilos de prueba utilizan sofisticados sensores PAR para contar los fotones, pero la prueba en sí está configurada para contar diferentes tipos de PPF.
Las pruebas de laboratorio suelen realizarse en un dispositivo denominado esfera integradora. Una esfera integradora captura todos los fotones que produce una luminaria y los dirige a un sensor para su medición. El objetivo de las pruebas de laboratorio es capturar y contar todos los fotones producidos por una luminaria. A esta medición la denominamos «PPF total» de una luminaria.
En cambio, las pruebas de campo se realizan en un entorno que imita el de un cultivo. En lugar de una esfera integradora, utilizamos paredes reflectantes de mylar similares a las tiendas de cultivo. No dirigimos todos los fotones a un único punto de medición, sino que realizamos una serie de mediciones en un área que representa un espacio de cultivo.
En una prueba de campo, nuestro objetivo no es recoger y medir todos y cada uno de los fotones que genera un aparato. Nuestro objetivo es medir el número de fotones que llegan a la cubierta de nuestro espacio de cultivo simulado. En un cultivo real, estos son los fotones que estarían a disposición de las plantas para la fotosíntesis. A esta medida la llamamos «PPF utilizable» de una luminaria.
Total vs Usable PPF
La PPF utilizable medida en una prueba de campo siempre será inferior a la PPF total medida en una esfera integradora. Esto se debe a que, incluso en un entorno ideal, algunos de los fotones producidos por la luminaria no llegan al dosel de las plantas. Los fotones salen de la luminaria en muchas direcciones y son absorbidos o reflejados por otros elementos que no son las plantas. En cualquier entorno que no sea una esfera integradora, algunos fotones se pierden invariablemente en el resplandor y la reflexión.
Las pruebas de campo cuentan los fotones que importan
Las pruebas de laboratorio con una esfera integradora son una muy buena forma de medir la salida de PPF total de una luminaria. La PPF total puede ser útil para analizar ciertos aspectos de las luminarias LED o de los diodos que las componen. Sin embargo, el número total de fotones que produce una lámpara no nos importa realmente como cultivadores de interior.
Lo que nos importa es el número de fotones que llegan al dosel de nuestras plantas y que pueden utilizarse para la fotosíntesis. Nuestras pruebas de campo están diseñadas para medir los fotones que importan, la PPF utilizable.
Definición de la PPF utilizable óptimo
El PPF utilizable de una luminaria no es un valor fijo. El número real de fotones que llegan a la cubierta depende de la instalación. En concreto, la PPF utilizable depende de tres factores: el tamaño del área de cobertura, la presencia o ausencia de paredes reflectantes y la distancia entre la luminaria y la marquesina. Para obtener una cifra significativa y comparable de la PPF utilizable, debemos tener en cuenta cada uno de estos factores.
Cuando el área de cobertura, la reflexión y la altura de suspensión están optimizadas, podemos medir una «PPF utilizable óptima». Este es el dato más significativo para nosotros como cultivadores de interior, ya que describe el número de fotones que podemos capturar de la luminaria cuando todo está bien ajustado. Es una medida fiable que puede ser repetida por otros probadores y utilizada para comparar y evaluar diferentes dispositivos de iluminación de cultivo.
La importancia del área de cobertura
El tamaño de la zona de cultivo o de prueba tiene un impacto significativo en la PPF utilizable. Si colocamos un aparato en una zona demasiado pequeña, la PPF utilizable se reducirá porque se perderán más fotones en la reflexión. Si las luces están sobre un área demasiado grande, la PPF utilizable será mayor, pero gran parte de la cubierta estará bajo densidades de luz inferiores a las óptimas.
El área de cobertura óptima para las luces de cultivo
Como explico en nuestro artículo «Cuánta luz (PPF) necesitas para el cannabis de interior», con niveles normales de dióxido de carbono, la densidad óptima de fotones (PPFD) que inciden en la canopia se sitúa entre 500 y 1000µmol.
Para compensar los problemas de distribución desigual, recomendamos una densidad media de 700µmol (PPFD). Esto significa que la cantidad óptima de fotones es de 700µmol de PPF utilizable por metro cuadrado.
La importancia de las paredes reflectantes
Las lámparas de cultivo están diseñadas para dirigir la mayor parte de sus fotones hacia la cubierta. Sin embargo, los fotones se dispersan a medida que se desplazan. Las paredes reflectantes de un armario de cultivo sirven para redirigir los fotones hacia la cubierta y minimizar así las «pérdidas por dispersión».
El material mylar que se utiliza es eficaz y refleja hasta el 85% de los fotones PAR que inciden sobre él. Esto ayuda a minimizar las pérdidas por reflexión y a maximizar el PPF utilizable. Si las paredes son menos reflectantes, se absorberá una mayor parte de los fotones. Si las paredes están demasiado lejos o faltan, una parte significativa de los fotones escapará de la zona de cultivo sin ser utilizada.
Los sistemas de cultivo óptimos minimizan los desbordamientos y las pérdidas por reflexión.
Los cultivadores domésticos pueden evitar los desbordamientos y las pérdidas por reflexión utilizando tiendas de cultivo o forrando el espacio de cultivo con material reflectante. Es importante conseguir una cobertura total del dosel con plantas que se extiendan de pared a pared. Cuando las paredes reflectantes están cerca del dosel de las plantas, se minimizan las pérdidas por salpicaduras y se maximiza la PPF utilizable.
Los cultivadores comerciales evitan las pérdidas por desbordamiento de las luminarias individuales en grandes espacios colocándolas en un conjunto. Cuando las luces se colocan en un conjunto, puede que no haya paredes reflectantes cerca de una luminaria, pero sí habrá luminarias y plantas vecinas.
Los fotones que se habrían reflejado en las paredes son absorbidos por las plantas vecinas. Esos fotones «se dispersan», pero no se pierden. Además, el «efecto de desbordamiento» de las luminarias vecinas compensa a las plantas por la falta de fotones reflejados en las paredes.
Para determinar la PPF óptima utilizable, tenemos que minimizar las pérdidas por reflexión y el efecto indirecto en nuestra instalación de prueba. Dado que estamos probando aparatos individuales, utilizamos paredes de mylar reflectante situadas en el borde de la zona de pruebas. Esto es lo más parecido a una tienda de cultivo; sin embargo, también es una aproximación razonable a la PPF utilizable que se obtendría de la luminaria en un conjunto a escala comercial.
La importancia de la altura de suspensión
La altura de suspensión influye considerablemente en la PPF utilizable. Si colocamos una luminaria muy cerca de la cubierta, capturaremos un mayor porcentaje de los fotones producidos por la luminaria. A medida que alejamos la luminaria de las plantas, creamos más oportunidades para que los fotones escapen sin alcanzar su objetivo. Esto significa que la PPF utilizable será menor cuando la luminaria se cuelgue más lejos de las plantas.
Tenemos datos que demuestran esto a partir de una serie de pruebas que se hicieron con un 600w HPS crecer la luz en un armario de 120x 120. Los datos de las pruebas sugieren que el PPF total (con pérdidas en el reflector) de la lámpara es de unos 900 µmol a 40 cm por encima del dosel. Cuando la luminaria se elevó a 50 cm, el PPF utilizable descendió a 812,5 µmol. A 60 cm, registró una PPF utilizable de 777,6 µmol. Cuando el dispositivo se elevó a 70 cm, la PPF utilizable descendió a 730,1 µmol.
La altura óptima para colgar las lámparas de cultivo
Si sólo tuviéramos en cuenta la PPF utilizable, querríamos colgar la lámpara más cerca de las plantas para capturar más fotones. Sin embargo, hay un límite en cuanto a la distancia a la que pueden estar las luces. Ese límite viene determinado por la densidad de los fotones (PPFD) y la concentración de dióxido de carbono.
En nuestro artículo «Cuánta luz (PPF) necesitas para el cannabis de interior» explico que, a niveles ambientales de dióxido de carbono, las plantas no son capaces de procesar más de 1000µmol de PPFD. La PPFD es una medida de la densidad de los fotones que inciden en cualquier parte de la planta. Cuando la densidad de fotones (PPFD) que incide sobre la planta supera los 1000µmol, provocará fotoinhibición y podría dañar la planta.
Para la lámpara HPS de 600 vatios, la altura óptima para colgar es de 60 cm por encima de la copa. En el mapa PAR anterior se puede ver que, a 60 cm, la lectura de PPFD más alta es de 990 µmol. Si la luminaria se colgara más abajo, algunas zonas de la cubierta estarían expuestas a densidades de fotones demasiado altas.
Si la luminaria se colgara más alta, se reduciría la PPF utilizable. Cuando la lámpara se cuelga a la altura óptima, producirá un mayor PPF utilizable sin dañar la planta.
El PPF óptimo utilizable
Definimos la PPF Óptima Utilizable de una luminaria como la cantidad de fotones PAR que llegan al dosel de las plantas en un espacio de cultivo con paredes reflectantes cuando la luminaria está colgada a la altura en la que el valor máximo de PPFD está entre 950-1000µmol. Nuestras pruebas PAR de medición sobre el terreno están diseñadas para medir la PPF Óptima Utilizable de las luminarias de cultivo.
Como seguir el protocolo de pruebas de luz de cultivo
El protocolo de pruebas de luz de cultivo se basa en las ciencias de la física y la botánica, junto con la considerable experiencia de personas que prueban con efectividad los diferentes aparatos de luz de cultivo. Dichas personas han establecido este protocolo como el estándar para la medición del campo de luz de cultivo de la PPF óptima utilizable. Es un protocolo que puede ser duplicado por otros probadores y producir resultados fiables.
Equipo de prueba y configuración
Como he explicado anteriormente, las condiciones de prueba pueden tener un impacto significativo en la PPF utilizable que se mide a partir de un dispositivo de iluminación. Dado que estamos probando luces de cultivo, hemos diseñado nuestras condiciones de prueba para imitar las condiciones reales de cultivo en interior.
Pantalla negra no reflectante simulada
Se utiliza una alfombra de cuero artificial negro o vinilo en la parte inferior de nuestras áreas de prueba. Esta alfombra es el dosel simulado donde tomamos las mediciones de PPFD. La alfombra negra absorbe casi el 100% de los fotones PAR que inciden sobre ella. Esto simula un dosel completo de hojas donde suponemos que todos los fotones PAR serían absorbidos por la planta.
Si los fotones se reflejaran en el suelo de nuestras zonas de prueba, nuestras lecturas serían mucho más altas. Sin embargo, ya no estaríamos midiendo la PPF utilizable porque los fotones tendrían más de una oportunidad de ser contados.
Paredes reflectantes de mylar
Se utilizan paneles de mylar como paredes reflectantes en los cuatro lados del área de prueba durante las pruebas PAR. Los paneles de mylar reflejan los fotones hacia nuestro dosel simulado. Esto nos da la medición más precisa de la PPF utilizable que el aparato puede ofrecer en una tienda de cultivo o en un gran conjunto.
Sensor cuántico
Se debe de utilizar un sensor como por ejemplo Quantum SQ-500 de Apogee para medir el PPFD. El SQ-500 es el mismo sensor que el MQ-500 de Apogee. Son sensores PAR analógicos de grado analítico.
¿Por qué el sensor cuántico SQ-500?
El SQ-500 no se alimenta de corriente externa, sino que los fotones PAR que inciden en el sensor generan una salida eléctrica medida en milivoltios. Esto produce una respuesta de medición rápida y mediciones estables.
El SQ-500 está diseñado para medir la densidad de fotones en las longitudes de onda PAR (400-700nm). Con cualquier sensor, el error de medición (error espectral) dependerá de la fuente de luz. El SQ-500 hace un excelente trabajo midiendo todas las tecnologías de luz de crecimiento hortícola. El error espectral para las luces de descarga de alta intensidad (HPS, MH, CMH) es inferior al 1%. Para los LED, el error es de sólo un 3%.
Por último, el SQ500 ofrece una excelente corrección del coseno. El propio sensor tiene forma de cúpula y recibe la luz desde un amplio ángulo (más de 150 grados). La corrección del coseno permite al sensor medir con precisión esos fotones independientemente del ángulo en que incidan en el sensor.
Esta es una característica crítica para medir la luz en un espacio reflectante como un armario de cultivo, ya que la luz entra desde muchos ángulos después de rebotar en las paredes reflectantes.
Preparación del dispositivo para la prueba
Para obtener lecturas precisas y fiables, es importante preparar adecuadamente el dispositivo. Los diodos LED se degradan con el tiempo y pierden hasta un 4-7% de eficacia al año. Por ello, a la hora de realizar pruebas es mejor utilizar luminarias nuevas.
Las luminarias se montan siguiendo las instrucciones del fabricante. Se instalan en la zona de pruebas y se encienden durante al menos 30 minutos antes de la prueba. Los diodos LED son más eficientes cuando están fríos, por lo que es fundamental alcanzar la temperatura de funcionamiento normal antes de realizar las mediciones.
Determinación del tamaño de la zona de prueba
Hay que probar cada luminaria en un área que corresponde al área de cobertura esperada de la luminaria basada en la PPF utilizable estimado. Se colocan paneles de Mylar en los cuatro lados del área de prueba y la luminaria se cuelga en el centro. Se utilizan 5 tamaños de área de prueba estándar que corresponden a los tamaños y formas habituales de las lámparas y armarios de cultivo.
Determinación de la altura de suspensión
Una vez colgada la luminaria en la zona de prueba, se determina la altura de suspensión óptima midiendo la PPFD. Se subirá o bajara la luminaria hasta que la lectura máxima de PPFD en cualquier punto de la zona de prueba esté entre 950 y 1000µmol. Registrar esta altura como «Altura óptima de suspensión» para los informes de ensayo.
Medición de la PPFD media
El dosel simulado se divide en una cuadrícula con celdas de 15 x 15 cm o (6 x 6 pulgadas). Colocar el sensor PAR en el centro de cada celda de la cuadrícula y hay que asegurarse de que las cuatro paredes están en su sitio antes de tomar una lectura. Los sensores PAR miden la densidad de fotones (PPFD) que inciden en el sensor. Se registra la lectura de PPFD de cada celda en los mapas PAR. Tomando la suma de las lecturas de PPFD y se divide por el número de celdas para establecer la PPFD media.
Conversión de la PPFD media en PPF utilizable
La PPFD media que se mide es la densidad media de fotones que inciden en la cubierta. Podemos convertir una medida de densidad como la PPFD (µmol/m2/s) en una medida de cantidad como la PPF (µmol/s) multiplicando la densidad por el área. El PPFD se calcula en metros cuadrados, así que multiplicamos la PPFD media por los metros cuadrados de nuestra zona de pruebas. El resultado es la PPF óptima utilizable de la luminaria.
