Teoria de luz para cultivo

Por Cris Roots:

A la hora de elegir la iluminación que vamos a usar para nuestro cultivo surgen una serie de dudas que en este post te vamos a ayudar a resolver. En la temática iluminación se combinan la técnica y la tecnología, por lo cual vamos a necesitar repasar varios conceptos antes de llegar a la conclusión final. Pero con esta información vas a poder realizar una compra eficiente de tu primera iluminación o mejorar las condiciones de luz que tienes actualmente en tu espacio de cultivo.

Fotosíntesis: el origen de la energía

Lo primero que debemos entender que una planta es una pequeña fábrica de energía generada a partir de la radiación lumínica que recibe (en condiciones de naturaleza la recibe del sol) Sin extendernos mucho, el proceso de fotosíntesis que realizan las plantas genera oxígeno a partir del dióxido de carbono y la luz, pero también le otorga energía a la planta (en forma de cadenas carbonadas). Es el proceso biológico más importante de todos, es el que nos permite estar hoy en un planeta con una atmósfera en la que podemos respirar. Pero también gracias a la fotosíntesis es que podemos practicar la agricultura para producir alimentos para nosotros o para alimentar a los animales que consumimos. Como vemos, todo empieza en las células de las plantas.

Ahora bien, esto es importante saberlo porque una planta que realiza eficientemente la fotosíntesis es una planta más productiva, sana y vigorosa. El factor clave es la luz (el otro insumo es el dióxido de carbono pero su concentración no puede modificarse en condiciones naturales, sí en indoor pero eso ya es tema para otro post)

¿Qué es la luz?

La luz es una onda electromagnética, al igual que las microondas que cocinan nuestra comida o las radiofrecuencias que nos permiten escuchar un programa en una FM. La diferencia entre estas ondas es la frecuencia en la cual oscilan, es decir, que tan rápido vibra la onda. Una microonda oscila varias veces más lento que un rayo gamma, solo en eso se diferencian pero cualitativamente son lo mismo, ondas electromagnéticas. Y en medio de ambas tenemos a la luz, que sería la porción visible del espectro electromagnético. Una unidad de luz es un fotón, una partícula sin masa.

Como podemos observar en los gráficos, el color de la luz también depende de qué tan rápido oscile la onda (a mayor frecuencia, la longitud de onda será menor). La unidad de medida que se usa para esto son los manómetros, que miden la distancia entre los picos de una onda y la siguiente. Las ondas que se encuentren entre 700nm y 400nm son las que nuestro ojo puede ver y a eso le llamamos luz. Pero ¿las plantas pueden «ver» el mismo espectro?

Las plantas lógicamente no ven, sino que reaccionan a estímulos. La radiación de ondas que llamamos luz activa los receptores como la Clorofila a y b, carotenoides y fitocromos. El espectro de ondas que le sirven a la planta para realizar sus procesos entonces, es más amplio que el de la luz visible por el ojo humano, pero por muy poco: iría aproximadamente desde los 800nm hasta los 300nm. En el siguiente gráfico se llegará a entender la diferencia.

Este gráfico nos dice mucho, primero que la unidad de medida Lúmenes no es adecuada para analizar luces de cultivo, es una medida para representar cuánta luz hay para el ojo humano, así que la descartamos de ahora en adelante.

PAR significa radiación fotosintéticamente activa y es la mejor medida para analizar una luz de cultivo. Si bien solo comprende desde 400nm a 700nm (es decir deja afuera una pequeña porción del espectro donde es menos eficiente) representa muy bien la luz que puede usar una planta para hacer fotosíntesis.

Otra cosa que salta a la vista es que hay algunos colores que son más eficientes fotosintéticamente hablando, es decir una planta no usa todos por igual. Pero lo importante que tenemos que ver es que una fuente de luz no emite solo un color. Es decir, el sol va a proyectar hacia la tierra luz conformada por muchas longitudes de ondas, o sea colores, en una proporción específica (que de hecho va cambiando a lo largo del día, por ejemplo al atardecer tiene más presencia de rojos). Es bien sabido que el sol emite también radiación UVA y UVB de los cuales tenemos que proteger nuestra piel.

Esto es muy importante a la hora de recrear artificialmente una luminaria para cultivo LED. Requiere un diseño específico de espectro para conseguir una luz eficiente a la hora de generar fotosíntesis en las plantas. En la práctica se traduce en montar sobre una placa, diferentes diodos emisores de luz y que cada uno cumpla una función dentro del espectro que se busca. Por ejemplo los denominados Far Red (700-750 nm) son diodos que emiten luz en un espectro muy específico que casi ni podemos ver, pero que cumplen una función crucial en el proceso de desarrollo de la floración de una planta.

Cómo comparar lámparas de cultivo y saber cuál es mejor.

Todo esto que hablamos anteriormente se puede cuantificar, medir y comparar. Como vimos la luz en espectro PAR es lo que debemos contar para saber cuanta luz fotosintética emite una luminaria. También vimos que la unidad mínima de luz es el fotón. Por lo tanto, la cantidad de fotones en espectro PAR que llegan a una superficie determinada en un tiempo determinado es lo que necesitamos medir. Esta combinación de medidas se llama PPFD o Densidad de Flujo de Fotones Fotosintéticos.

Se expresa de la siguiente manera: Micromoles de fotones por metro cuadrado en un segundo (μmol / m2 / s).

Sabemos que el parámetro que vamos a pedirle al fabricante del equipo es ese, pero ¿cuántos micromoles necesitamos para nuestro cultivo?

Una planta de cannabis tiene necesidades de luz diferentes en sus fases de crecimiento, esto es muy importante saberlo. Cuando son plántulas recién nacidas no podemos ponerle la misma intensidad de luz que cuando está en plena floración.

En líneas generales un esqueje o plántula va a necesitar unos 100 o 150 μmol / m2 / s, una planta en crecimiento vegetativo entre 200 y 400, y una planta en floración avanzada precisa al menos 600, mientras más tenga, mejores resultados finales se van a obtener. Pero lógicamente tenemos un punto de saturación en el cual no tiene sentido agregar mayor cantidad de luz. Dependiendo de la bibliografía que veamos, ese límite se encuentra en torno a los 1200 μmol / m2 / s. Pero como una curva, entre 1000 y 1200 la mejoría es cada vez menor. Con cantidades superiores a 1200 micromoles, se requiere inyectar dióxido de carbono al ambiente para poder conseguir más actividad fotosintética pero eso ya es algo muy avanzado que en otros post iremos aprendiendo.

Por último otro factor importante es saber que la medición de μmol / m2 / s está íntimamente relacionada a la distancia que se coloque la lámpara para tomar los datos, no es lo mismo colocar la lámpara a 50 cm que a 25 cm (que por cierto no es una distancia muy práctica para el cultivo real). Muchos fabricantes realizan las mediciones a una distancia más corta para elevar los números de PPFD. Como norma general los paneles se miden a 50, 35 o 30 cm. Si vas a comparar dos paneles de diferentes marcas, hay que prestar atención a la distancia de la muestra, porque realmente cambia mucho los resultados.

Diferentes tecnologías

Como mencioné anteriormente, la iluminación mas clásica en el cultivo eran las lamparas de alta presión de sodio o haluro metálico. Predominaban en un contexto en el que las pocas luminarias LED que había en el mercado eran significativamente mas caras y bastante menos productivas. Actualmente la cosa es muy distinta, con el arribo de los LEDs que denominamos de «alta eficiencia» se puede afirmar que la iluminación LED superó a las anteriores tecnologías en eficiencia y productividad. El mejor parámetro para medir estos dos factores es el gramo/watt, es decir, cuánta producción se puede conseguir dividido el consumo de energía de un panel. La barrera a superar era el famoso 1 gramo por watt. En el mercado hoy en día hay paneles que alcanzan tranquilamente 1.2 gramos/w y algunos que afirman conseguir incluso 2g/w. Esta variable por supuesto se calcula en un cultivo profesional donde todos los factores que hacen al cultivo están atendidos de forma perfecta.

Dentro de las luminarias LED podemos diferenciar dos grandes grupos:

Los chips COB Full Spectrum que tienen muchos diodos en un mismo encapsulado con el controlador en general dentro del mismo circuito por lo cual pueden conectarse a 220v directamente. Emiten una luz que a la vista es violeta porque sus picos los tiene en el espectro azul y rojo (no son realmente espectro completo). Estos chips tienden a calentar bastante por lo cual sobre el disipador se coloca un cooler o ventilador. El consumo de estas luminarias es todavía muy alto pero fueron los primeros paneles LEDs en introducirse en el mercado y competir con el sodio. Growtech fue pionero en ofrecer este tipo de luminarias con una construcción fiable y todavía hoy podés conseguir la versión moderna y mejorada de este tipo de paneles en nuestra tienda online

Los Leds de alta eficiencia montados en superficie equipan a los paneles más modernos del mercado. Son de encapsulado simple, es decir, cada led individual se monta en una placa y luego se conecta el circuito entre todos los leds que se monten. Esto da la opción de elegir leds de diferentes longitudes de onda (colores) y conformar un espectro equilibrado y optimizado para realizar más y mejor fotosíntesis. Estos equipos en general cuentan con un driver externo ya que los leds trabajan con corriente continua y los drivers modulan el voltaje y la corriente específica que necesita cada led, además de protegerlo de picos de tensión o sobrecalentamiento y permitir que se conecten a 220v.

La calidad del driver es muy importante en este tipo de paneles. Ya que hay pocos fabricantes de chips led y la mayoría de las marcas utilizan los mismos, pero suelen ahorrar en los drivers, lo cual hace que el equipo ilumine y dure menos. En este grupo Growtech también ofrece equipos de primera línea como los Cogordo, equipados con LEDs OSRAM Duris y la nueva línea Quantum Board que posee LEDs SAMSUNG. Podes verlos en nuestra tienda online

CRI (Índice de reproducción cromática)

Como su nombre lo indica, el CRI es la medida que manifiesta qué tan parecidas se ven las cosas iluminadas artificialmente, a algo iluminado por el sol. Es decir, NO indica qué tan parecida es una luz artificial a la del sol, sino qué tan parecidas se ven las cosas bajo ambas luces. Es una diferencia importante. En lo que hace al cultivo, este parámetro sirve para evaluar qué tan realistas se van a ver los colores de nuestras plantas, por ejemplo con un full spectrum vamos a ver bastante mal los colores de las hojas de nuestras plantas y eso puede llevarnos a ignorar alguna plaga o carencia. En cambio con leds que emiten luz mas blanca, vamos ver mucho mejor y anticipar estos problemas. El CRI va de 0 a 100, pero arriba de 80 ya vemos lo suficientemente bien los colores, es decir que tenga 95 o 98 no hace prácticamente ninguna diferencia en un cultivo, al menos con los conocimientos que tenemos actualmente.

Footprint o mapa de PPFD

Por ultimo, la forma en la que podemos graficar la luz que emite un panel es a través del mapa de PPFD. Esto es muy sencillo, se traza una cuadricula con paredes reflectivas y se mide en cada cuadrado los PPFD (siempre dejando el panel quieto en el medio a una altura determinada. Se realiza la medición y después los resultados se grafican en lo que llamamos Footprint, esto nos muestra cómo esta iluminando el panel en cada parte de nuestro espacio de cultivo.

En este ejemplo les muestro un panel de la marca estadounidense Migro con su modelo Array Pro donde vemos que la altura de la medición es realmente baja (18 cm) dando unos resultados excelentes en todos los parámetros. Tengamos en cuenta que 130w para un espacio de apenas 60×60 es un poco exagerado, ese panel a una atura un poco mayor puede cubrir 70×70 a 80×80. Pero quien adquiere un panel de estas características seguramente esté buscando un rendimiento profesional, lo que podemos llamar resultados «de copa». Porque como vimos anteriormente, con menos que eso se pueden obtener producciones excelentes. Pero este ejemplo nos sirve para ver que no siempre necesitamos una cantidad tan intensa de luz, pero que cuando alcanzamos un nivel de cultivo muy bueno (cosa que no sucede antes de los 2 o 3 años cultivando) podemos recién ahí, aprovechar esa diferencia.