Iluminação artificial na hidroponia

ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL NA HIDROPONIA
Muitos de nossos leitores certamente irão rir ao ler o título dêste texto, e certamente têm
certa dose de razão.
Afinal, estamos no Brasil, um pais com grande parte de sua extensão em área tropical, o
que nos proporciona um período de iluminação natural diária (foto período) bastante extenso.
Por outro lado, quando se fala em iluminação artificial, automaticamente se considera
uma lâmpada acesa consumindo energia elétrica, sendo esta certamente a maior vilã nas
planilhas de custo de um sistema hidroponico.
Isto sem falar nos custos para instalação de um sistema de iluminação artificial, seja ele
qual for, além dos custos de manutenção do mesmo.
Porém, temos também que considerar outros fatores que norteiam o produtor agrícola que
se decide pela instalação e operação de um sistema hidroponico.
Citemos entre vários, os altos índices de produtividade (plantas/m²), de produção (plantas/ciclo produtivo), mão de obra reduzida, conforto no trabalho, qualidade alimentícia e
sanidade dos produtos, pequena área para instalação e operação de um grande sistema,
além de outros, particulares a cada produtor.
Aí, como diz o ditado popular, “a porca torce o rabo”, e outro grande vilão aparece:
O prêço aviltante dos produtos hortícolas, consequência em grande parte de um vício de
mercado que se originou há muitos anos (mais de sessenta) quando se iniciou a formação
do cinturão verde da cidade de São Paulo.
Há então que procurar outros caminhos e soluções para aumentarmos nossos índices de
produção e produtividade, mesmo que estes exijam investimentos.
Imaginemos por exemplo racionalizar o aproveitamento das áreas de nossas estufas com
sistemas de cultura vertical, equilibrar de várias formas as perdas de iluminação natural
causadas pelas telas de sombreamento, pelos quebra-ventos ao redor das estufas, sejam
eles naturais ou artificiais e tantas outras condições negativas que geralmente são particulares a cada instalação.
Já imaginou o leitor em montar camadas sobrepostas de bancadas de cultivo em sistemas NFT?
E que tal aumentar a produtividade e qualidade dos tomates, pepinos e outros frutos hidroponicos utilizando uma instalação já existente?
Considere o leitor as dificuldades na germinação de sementes e o ciclo de formação de
ua muda em épocas de Inverno, em tempos chuvosos e encobertos especialmente nos
estados do Sul do país.
Podemos também montar complexos hidroponicos dentro dos centros consumidores, a
níveis comerciais, não só usando galpões fora de uso, como até em coberturas montadas
em terrenos vagos, onde a sombra de edifícios vizinhos é uma limitação, e até em prédios
especialmente construídos para essa finalidade.
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À primeira vista, tudo isto pode parecer uma utopia, mas considerando acima de tudo um
ajuste e manejo o mais perfeito possível de nossa solução nutritiva sempre bem oxigenada, além de outros pequenos porém importantes detalhes, a utopia pode transformar-se
numa realidade próxima e comercialmente viável.
Tudo usando um sistema de iluminação artificial, que contradizendo a primeira impressão
de elevado consumo de energia elétrica, pode ser fàcilmente instalado a níveis de baixíssimo custo no dito consumo dessa energia.
Considere o leitor que estamos falando em termos de Brasil, e não de países onde os níveis de iluminação são extremamente baixos, periódicos (chegam a ser semestrais) e
mesmo nulos onde iluminação artificial é condição “si ne qua non” para se produzir alimentos
Em nosso caso, essa iluminação pode ser vista sob dois aspectos distintos.
A iluminação necessária em ambientes totalmente desprovidos de iluminação natural, e
aquela necessária a complementar as deficiências de luz em ambiente similar, que chamaremos aqui de “Iluminação Complementar”.
A Iluminação Complementar também poderá ser utilizada em locais onde temos uma boa
iluminação natural, seja para extender o foto-período, seja para corrigir a composição de
da luz natural com determinados fins.
Procuraremos aqui esclarecer o leitor, da mais simples forma possível, sobre as diversas
maneiras e equipamentos utilizados para se processar uma iluminação artificial nas instalações hidroponicas, sendo que os mesmos princípios são aplicados a culturas não hidroponicas, especialmente aquelas conduzidas em ambientes protegidos.
Basicamente tudo irá girar em tôrno de lâmpadas elétricas e dispositivos optoeletronicos
destinados a gerar “luz”.
É necessário aqui esclarecer que a luz gerada por esses dispositivos “não é artificial”.
Eles geram uma luz natural igual àquela do Sol, com pequenas ou mínimas diferenças
quanto à qualidade e quantidade. Mas é uma luz natural, e lentamente, ao ler êste texto,
o leitor irá compreender melhor esta afirmação.
Chamá-la de artificial é um vício de linguajar, que mesmo nós, dentro destas linhas vamos
repetir inúmeras vezes.
Há, no entanto, diversos esclarecimentos e conhecimentos básicos que o leitor precisa ter
para entender o mínimo necessário sôbre a luz, que muitos já ouviram chamar de “energia luminosa”.
Sabemos de antemão que esta leitura poderá tornar-se entediosa, e frequentemente seremos conscientemente repetitivos, porém, seja paciente.
Entenda nosso leitor que este texto, embora coalhado de informações técnicas, visa exclusivamente a intenção de introduzi-lo à tecnologia da iluminação artificial na hidroponia
e na agricultura em solo.
Como dissemos, seremos sempre muito repetitivos, e o fazemos intencionalmente para
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procurar forçá-los à memorização de uma série de conceitos fundamentais.
Muitos desses conceitos estarão intencionalmente incompletos, deixando à curiosidade
do leitor a sua complementação através de pesquisa.
Muito se fala e ouve falar o têrmo energia, mas...
O QUE É ENERGIA?
Definir energia não é algo simples ou comum, e muitos cientistas argumentam que “A
CIÊNCIA NÃO É CAPAZ DE DEFINIR ENERGIA, PELO MENOS COMO UM CONCEITO
INDEPENDENTE.
Mesmo assim, até para estes cientistas e segundo suas próprias assertivas, “NÃO SABEMOS O QUE É ENERGIA, MAS SABEMOS O QUE ELA NÃO É”.
Complicado, não é?
Vamos aqui falar de energia na verdadeira acepção científica dessa palavra.
Cientìficamente, a palavra energia é originada na palavra Grega “ergos” que significa “trabalho”, ou “obra executada”, ou ainda, “dentro do trabalho”.
É similar à palavra “ponos”, do grego antigo, usada na formação do têrmo Hidroponia, a
qual também significa trabalho, no sentido de obra executada.
Energia é uma das duas grandezas básicas da Física, necessárias à descrição correta do
inter-relacionamento, sempre mútuo, entre dois entes ou sistemas físicos.
A segunda grandeza é denominada como Momento, mas para não complicar, deixemos
de lado esta grandeza.
Os entes ou sistemas em interação trocam o que os Físicos chamam “energia e momento”, mas de forma que ambas as grandezas obedeçam sempre à Lei de Conservação respectiva.
Conhecemos bem pela maneira como tem sido divulgado e ensinado através dos séculos
que a energia está ligada geralmente à capacidade de produzir um trabalho ou à realização de uma ação.
Lembremos da etimologia da palavra com base na palavra grega “ergos”, que significa,
como já dito, “trabalho”.
Isto não define de forma abrangente o que seja energia, mas cientìficamente, esta associação, visto que qualquer entidade que esteja trabalhando, qual seja movendo um objeto,
ou deformando o mesmo ou ainda fazendo o mesmo ser percorrido por uma corrente elétrica, simultaneamente está “transformando” parte de sua energia, transferindo-a ao sistema ou objeto sôbre o qual realiza um “trabalho”.
As coisas complicaram-se mais ainda, não é?
Vamos tentar simplificar isto, provàvelmente com certa margem de êrro.
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Quando no mínimo dois objetos ou entes interagem entre si, eles fazem uma troca de alguma “coisa” à qual, na Física, chamamos de “energia”.
Sempre que há uma troca de energia, temos a geração de um “trabalho”, palavra esta que
aqui utilizamos no sentido resumido ou figurativo como sendo “alguma ação executada”.
Na verdade, na Física o termo trabalho é utilizado quando falamos no Trabalho Realizado
Por Uma Fôrça, ou seja, o Trabalho Mecânico.
Considerando êste conceito, uma fôrça aplicada em um corpo realiza um trabalho quando
produz um deslocamento em dito corpo.
Dentro desta definição, note-se o seguinte:
Utiliza-se a letra grega Tau minúscula (τ) para expressar trabalho.
A unidade de trabalho no SI é o Joule (J)
Quando uma fôrça tem a mesma direção do movimento diz-se que o trabalho realizado é
positivo:>0.
Quando uma fôrça tem a direção oposta à do movimento diz-se que o trabalho realizado é
negativo:<0.
O trabalho resultante é obtido pela soma dos trabalhos de cada fôrça aplicada a um determinado corpo, ou seja, pelo cálculo da fôrça resultante aplicada em dito corpo.
E finalmente, a energia não se cria nem se perde, ou seja, a soma da energia que um ente ou objeto recebe, mais aquela que o outro ente ou objeto cede, é sempre constante.
Êste conceito surgiu mais notoriamente no século XIX, e desempenha um dos conceitos
essenciais da Física e de outras áreas e disciplinas da Ciência.
Ele é extremamente relevante nas áreas da Química e da Biologia, e hoje em dia, até na
Economia e outras áreas de carácter social.
Pondere o leitor sôbre o comércio de energia que move anualmente vários bilhões de
qualquer moeda considerada, e como consequência disto, os resultados para a sociedade
em análise.
A importância da energia é tão grande, que na Física existe uma área específica ou subárea, denominada Termodinâmica, na qual o Trabalho é uma das possíveis formas de
transferência de energia. A outra forma é o Calor.
Em suma, podemos ver a Energia? Não.
Podemos senti-la? Não
Podemos dar uma definição simples, direta e objetiva para o que ela é? Não.
Mas... podemos sentir as suas consequências ou efeitos, e o que é muito importante, com
o passar dos séculos aprendemos a transformá-la de várias formas para atender a diversas necessidades do ser humano e de muitos outros que o cercam.
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Bàsicamente o que sabemos?
Sabemos que podemos entender energia sòmente quando analisamos o que acontece
entre dois entes ou sistemas físicos que entram em interação.
Esta interação dá-se sempre com resultados muito empíricos, mas de forma muito regular, ou seja, uma mudança num sistema é sempre muito específica no outro, embora estas mudanças possam ser de naturezas muito ou completamente distintas.
Estas consequências nos permitiram observar que a energia pode-se nos apresentar de
várias maneiras, e em cada uma delas, os cientistas conseguiram observar que a regularidade dos fenômenos relativos a cada uma, obedece a uma série de leis naturais.
Assim, puderam identificar e denominar vários tipos ou Formas de Energia, dos quais os
principais são a Energia Potencial, a Energia Potencial Gravitacional, a Energia Potencial
Elétrica, a Energia Potencial Elástica, a Energia Potencial Nuclear, a Energia Cinética, a
Energia Térmica, a Energia Cinética Translacional, a Energia Cinética Rotacional, a Energia Cinética Total, a Energia das Cargas Elétricas em Movimento, a Massa, e a Energia
Radiante.
No tema que focamos neste texto, é de grande senão de vital importância, a Energia Radiante da qual falaremos mais à frente.
Entenda nosso leitor que há muito mais que ele deveria conhecer sôbre energia, mas para tanto teríamos que transformar estas linhas num curso de Física, o que não é a nossa
meta nem êste o local, embora algumas vezes sejamos obrigados a entrar em temas dessa ciência.
Além de tudo o que expusemos, achamos necessário enumerar algumas fontes de energia, que são consideradas como Recursos Energéticos, ou seja, Formas de Energia cujo
conhecimento permite que as utilizemos para várias transformações.
Dentre os Recursos Energéticos podemos citar a Energia Elétrica, a Energia Hidráulica, a
Energia Química, A Energia Eletro-Química, os Combustíveis de forma geral, a Energia
Eólica (energia dos ventos), a Energia Nuclear, a Energia Solar a Energia Biológica e a
Energia Radiante.
É para nós aqui de maior importância, a Energia Solar, pois que em nosso Sistema Planetário, o Sol é a nossa principal fonte de energia.
É de suma importância para nós, como já dissémos, a Energia Radiante e a Energia Biológica.
O QUE É ENERGIA RADIANTE?
Observemos primeiro a Fig. 1 abaixo.
Nela, um operador segura uma corda por uma de suas extremidades, sendo que a outra
está fixa numa coluna.
Quando o operador agita continuadamente a corda no sentido vertical, esta adquire o
formato de uma onda, como quando jogamos uma pedra numa superfície de água.
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A forma desta onda é uniforme, e é igual à curva que em Matemática chamamos de curva
senoidal ou sinusoidal.
À distância medida entre dois pontos mais altos ou dois pontos mais baixos e mesmo entre três pontos centrais dessa curva, chamamos de Comprimento de Onda.
O que está acontecendo?
O operador interage com a corda e temos então uma energia sendo transmitida do operador para a corda, e esta por sua vez interage com a coluna transmitindo a energia recebida para esta última.
Em outras palavras, a energia se propaga do operador para a corda e desta para a coluna, formando ondas ao longo de dita corda.
A propagação dessa energia dá-se a uma determinada velocidade, ou seja, cada onda
demora certo tempo para ir da mão do operador até à coluna, e isso depende do comprimento da corda.
Verifica-se também, que o comprimento da onda é constante para a frequência ou o número de vezes por unidade de tempo, que o operador agita a corda.
Se o operador aumentar essa frequência, ele notará que vai precisar transmitir muito mais
energia para a corda, e vai notar também que o comprimento das ondas formadas será
muito menor, além do que haverá também uma variação na velocidade de transmissão.
Verifica-se assim que quanto maior o valor da energia transmitida, menor será o comprimento de onda.
Fig. 1 – Propagação ondular – Comprimento de onda
Nos estudos de radiações, a unidade para expressarmos a frequência é o Hertz.
Como as frequências na maior parte das vezes são extremamente altas, usam-se os múltiplos dessa unidade, como o Kz (Kilohertz), indo até ao Zz (Zetahertz).
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Quanto aos comprimentos de onda, estes são medidos em m (metro).
Como os comprimentos de onda dessas radiações são extremamente pequenos, usa-se
normalmente o nm (nanômetro=1 milionésimo de metro=1x10-9 metros).
Entendido êste exemplo, podemos agora falar de Energia Radiante, onde as coisas acontecem de maneira similar.
A Energia Radiante é uma forma de energia pura que se propaga pelo espaço associada
com um campo, formando ondas com determinado comprimento e com determinada frequência.
É a energia diretamente associada às Radiações Eletromagnéticas como a Luz, às Ondas
de Rádio, os Raios Infravermelho, os Raios X, e outras.
A Energia Radiante atravessa sem dificuldades o vácuo (ausência de ar).
Neste caso os físicos afirmam que a radiação se propaga em um meio denominado Campo Eletromagnético, pelo que as radiações são também denominadas como Radiações
Eletromagnéticas.
Mas êste também é um assunto relacionado com a Física, e novamente dizemos que este
não é o local para nos aprofundarmos nesse tópico.
Quase toda a energia que recebemos do Sol chega até nós na forma de energia radiante,
distribuída numa enorme faixa de frequências e comprimentos de onda.
Dentro desta enorme faixa, existe uma pequena sub-faixa que constitui a “faixa de luz visível” pelo ser humano, luz essa que conhecemos como luz natural ou luz branca.
Mas o homem não se restringiu a usar sòmente os seus órgãos visuais para prescrutar e
estudar exclusivamente a energia radiante proveniente do Sol.
Através de vários equipamentos desenvolvidos, como o radiotelescópio, o homem tem
vasculhado o Universo, tendo identificado e estudado desde as ondas de rádio até aos
raios cósmicos.
Ao conjunto das radiações eletromagnéticas conhecidas e estudadas dá-se o nome de
Espectro das Radiações Eletromagnéticas.
A Fig. 2 nos dá uma visão geral do Espectro das Radiações Eletromagnéticas conhecidas.
Verifique o leitor os comprimentos de onda expressos em m (metro) e as frequências expressas em Hz (Hertz).
Fizemos atrás menção à Energia Biológica como importante Recurso Energético para
nós, e faz-se necessário agora falarmos sôbre esse tema.
O QUE É ENERGIA BIOLÓGICA?
Dentro de certos aspectos, a Energia Biológica está diretamente ligada à Energia Química.
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Fig. 2 – Espectro das radiações eletromagnéticas conhecidas
E dentro da Biologia, é de grande importância não só a água como a glicose.
A Glicose, quìmicamente, é muito rica em ligações H-C (Hidrogénio-Carbono) além de
outras.
Ao compararmos a energia destas ligações, elas são de muito maior Energia Química
Associada, do que a encontrada na ligação C=O (Carbono-Oxigenio) existente no CO2
(Gás Carbonico) e na ligação H-O (Hidrogénio-Oxigenio) presente na água (H2O).
A síntese da glicose a partir do gás carbonico e da água no processo de fotosíntese das
plantas, com a participação da energia procedente do Sol, do qual voltaremos a falar, é
uma reação endoenergética (absorve energia).
O inverso desta reação é exoenergética (libera energia), e constitui a principal fonte de
energia dos seres vivos.
Os seres vivos aeróbios (que utilizam o Oxigenio na sua fisiologia) utilizam a glicose como
seu principal combustível.
No entanto esta fonte de energia não pode ser diretamente utilizada pelos seres vivos,
pois libera muito mais energia do que a necessária para o trabalho das células.
Exemplo disso pode verificar-se analisando a queima de um pedaço de madeira.
A natureza desenvolveu e selecionou outros mecanismos mais controlados, como a transferência da energia química da glicose para moléculas do tipo ATP (trifosfato de adenosina) antes de sua utilização final.
Outro mecanismo deste tipo que se supõe ter surgido nos primeiros seres vivos a habitarem nosso planeta, foi a fermentação anaeróbia.
Esta fermentação, além do ATP, gera etanol (álcool etílico) e dióxido de carbono (CO 2).
Este dióxido de carbono (CO2) ou gás carbonico, dissipado na atmosfera, possibilitou o
processo da fotossíntese, e esta possibilitou o surgimento do Oxigenio (O 2) que por sua
vez também se dissipou na atmosfera.
Com o Oxigenio, outros seres vivos desenvolveram outros mecanismos de transferência
da energia química da glicose para o ATP, que é a respiração aeróbia.
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Com o decorrer dos milénios, a mudança da atmosfera no planeta possibilitou como que
uma explosão de diversos seres que passaram a utilizar a respiração aeróbia como mecanismo para obtenção de energia.
O período durante o qual se deu este processo foi denominado na Biologia como Explosão Cambriana.
Nos organismos biológicos a Energia Química pode assim ser transformada, por exemplo,
em Energia Cinética através dos músculos.
Pode também ser transformada em Energia Térmica, de vital importância para os chamados Organismos Homeotérmicos.
Tivemos aqui uma breve ideia do que é Energia, e de alguns tipos de Energia, que continuarão sendo fundamentais para a evolução de nosso planeta.
Temos agora condições de começar a entrar no tema fundamental de nossas linhas, e a
primeira pergunta que nos surge, dentro desse tema é........
O QUE É LUZ?
Falemos primeiro do Espectro Visível
O Espectro Visível ou Espectro Óptico é a parte ou faixa do Espectro Eletromagnético das
radiações compostas pelos fótons (dos quais falaremos oportunamente) capazes de sensibilizar o ôlho humano de uma pessoa normal.
Também se denomina esta faixa como Luz Visível, ou simplesmente Luz
A Luz é então uma energia radiante pura que se transmite pelo espaço, na forma de ondas eletromagnéticas de frequência e comprimentos de ondas situadas no espectro das
radiações eletromagnéticas conhecidas, como pode ver-se na Fig. 2.
O olho humano as identifica e é sensível a estas radiações, que estão situadas numa faixa entre as radiações ultravioleta e as radiações infravermelha.
As três grandezas básicas da luz provêm das grandezas de toda e qualquer onda eletromagnética, quais sejam a intensidade (ou amplitude), a frequência e a polarização (ou
ângulo de vibração).
No caso específico da luz, a intensidade se identifica com o brilho, e a frequência com a
côr.
Dentro da faixa de radiações que denominamos como “luz visível pelo ser humano”, e
também como luz branca, estão diversas sub-faixas de frequências, sendo que cada uma
delas é identificada pelo olho humano de forma diferente, e que denominamos como côr.
Cada sub-faixa que constitui uma côr, também é formada por inúmeras outras sub-faixas
da mesma côr, sendo que cada uma delas forma uma tonalidade dentro de ua mesma
côr.
As diversas cores da luz branca, ou luz visível, podem ser vistas separadamente, quando
da formação do arco-íris em dias chuvosos, ou fazendo-se incidir um raio de luz branca
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sôbre uma das faces de um prisma de cristal.
A luz branca atravessa o prisma, e as diversas cores que a formam separam-se, pelo fenômeno conhecido como “difração da luz”, podendo cada uma das faixas de diferentes
cores ser vista separadamente como pode observar-se na Fig. 3.
Também podemos verificar pequenas faixas entre cada côr básica, às vezes chamadas
de faixas de transição, formadas pela mistura das duas cores que as limitam.
Fig. 3 – Diagrama da dispersão da luz através de um prisma
São sete (7) as cores básicas que podemos identificar, a saber, Vermelho, Alaranjado,
Amarelo, Verde, Azul, Anil, e Violeta.
As radiações deste conjunto de cores têm comprimentos de onda entre 370 nm (violeta) e
750 nm (vermelho).
É muito comum ou talvez mais confortável dizer que esta faixa se situa entre 400 nm e
700 nm.
Já em têrmos de frequência, esta faixa está situada na banda entre 400 Tz (Terahertz) e
790 Tz.
Um raio de luz é a trajetória da luz num espaço determinado, e a sua representação indica de onde a luz é criada (fonte) e para onde ela se dirige.
Num meio homogéneo, as trajetórias da luz são sempre retilíneas, e em meios não homogéneos, a luz pode descrever trajetórias curvas.
Como temos dito, o Espectro Visível foi definido como o conjunto de faixas de radiação
capazes de sensibilizar o ôlho humano de uma pessoa normal.
Isto na verdade pode parecer uma definição um pouco vaga, pois não podemos especificar o que realmente caracteriza ou é um ser humano normal.
Existem seres humanos que dependendo dos conceitos gerais considerados são perfeitamente normais, mas apresentam sensibilidades diferentes ao Espectro Visível.
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Não consideramos aqui como seres humanos normais os seres daltonicos, que têm dificuldades de ver todas as cores do espectro, às vezes vendo uma única côr.
Mas esta sensibilidade também não é só do ser humano.
Ela também existe em outros seres vivos dotados de sistema visual, e considerando que
o ser humano é um dentre muitos seres com essa capacidade, a sensibilidade visual difere muito de uma espécie para a outra.
Os cães e os gatos, por exemplo, não são sensíveis a todas as cores que o ser humano
é, pois percebem sòmente as sub-faixas da côr azul até à amarela, enxergando muito
bem em preto e branco, com nuances de cinza.
Muitos felinos, especialmente os de hábitos noturnos, são sensíveis às radiações infravermelho, ao passo que o ser humano normal não o é.
Sabemos também que as cobras vêm o infravermelho, e as abelhas o ultravioleta, capacidade que o ser humano normal não tem.
Embora nossos olhos não “vejam” as radiações Ultravioleta (ou simplesmente Radiações
UV), é interessante falarmos algo sôbre êste tema.
As Radiações UV não são parte do espectro visível, mas elas também se tornam importantes para as plantas, especialmente na germinação de grande parte das sementes.
A Radiação UV é a radiação eletromagnética com comprimento de onda menor do que o
da luz visível, e maior do que o comprimento de onda dos Raios X, ou seja, aproximadamente entre 380 nm e 1 nm.
Seu nome automàticamente a posiciona no epectro de radiações eletromagnéticas, ou
seja, “mais alta do que” ou “além do” (do Latim “ultra”), e Violeta, que é a côr do espectro
visível de comprimento de onda mais curto e maior frequência.
A Radiação UV pode ser dividida em várias sub-faixas, que são, UV Próximo (comprimento de onda de 400 a 320 nm), UV Distante (comprimento de onda de 200 nm a 10 nm) e
UV Extremo (de 1 a 31 nm).
Mas para nós, as mais importantes sub-faixas das Radiações UV dizem respeito à sua
ação sôbre a saúde humana.
São elas a Radiação UV-A (comprimento de onda de 400 a 320 nm), também chamada
“luz negra”, a Radiação UV-B (comprimento de onda de 320 a 280 nm) e a Radiação UVC (comprimento de onda de 280 a 100 nm), esta também conhecida como Radiação UV
Curta ou “GERMICIDA”.
Estas faixas de comprimentos de onda não são exatas.
A quase totalidade das Radiações UV provenientes do Sol e que realmente chegam até
nosso planeta são do tipo UV-A.
A quase totalidade das radiações UV-B é absorvida pela camada de Ozonio que circunda
nossa atmosfera, porém a pequena quantidade que atravessa essa camada é responsável por grandes danos à pele do ser humano.
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Já as radiações do tipo UV-C são totalmente absorvidas não só pela camada de Ozonio,
mas também pelo Oxigenio da atmosfera.
A radiação UV-C ou Germicida, é muito utilizada em equipamentos para manter a assepsia em certos locais (desinfecção de soluções nutritivas em Hidroponia).
Também é muito utilizada na polimerização de certos compostos, e para apagar dados
escritos nas memórias eletrônicas EPROM.
A “luz negra” da qual falamos atrás, é a radiação UV mais próxima da luz visível (comprimentos de onda entre 380 e 420 nm).
Essa luz é gerada artificialmente por lâmpadas conhecidas por fluorescentes, porém desprovidas internamente do revestimento de Fósforo (revestimento êste responsável pela
emissão de luz visível).
Além de outras particularidades, êste tipo de radiação atrai os insectos.
Outra propriedade importante da luz, á a sua capacidade de reflexão.
Quando um raio de luz incide sôbre uma superfície, ele se reflete num ângulo igual ao
ângulo de incidência sôbre dita superfície.
A Fig. 4 abaixo esclarece melhor esta característica.
Num meio homogéneo, e considerando uma superfície de reflexão plana, o ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão.
Numa superfície refletiva curva, os ângulos de incidência e de reflexão também são iguais, porém o eixo normal considerado será o prolongamento do raio da superfície desde
o ponto de incidência de luz, até ao centro geométrico de dita superfície curva.
Esta característica da luz é bastante importante, quando numa instalação agrícola sob
estufa temos que considerar a luz que realmente atravessa o revestimento da mesma,
pois parte dessa luz é refletida.
Fig. 4 – Reflexão da Luz
Essa mesma característica é utilizada nos refletores de luz utilizados para sua concentração em determinada área de uma superfície e mesmo para evitar perdas de luz.
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TEORIAS SÔBRE A LUZ
No século I A.C., dentro das idéias dos primeiros atomistas, Lucrécio afirmou que a luz e
o calor eram compostos de pequenas partículas.
Essa teoria não é a mesma que a atual, que chamamos de Teoria Ondulatória.
Sòmente no século XVII a teoria corpuscular se consolidou pelos trabalhos de Sir Isaac
Newton, e foi muito desenvolvida por seus seguidores.
No entanto no mesmo século XVII, Huygens e outros físicos propuseram que a luz era um
fenômeno ondulatório.
Vários experimentos levados a cabo por Thomas Young e Augustin Fresnel, mostravam
que a Teoria Corpuscular da luz era inadequada.
No século XIX, James Bernard Leon Foucault descobriu que a luz se deslocava mais rápido no ar do que na água, o que contraria a teoria corpuscular de Newton, a qual afirmava o contrário.
No mesmo século, James Clerk Maxwell provou e mediu a velocidade da luz como sendo
de 300.000 Km/s, e afirmou categòricamente que “A luz é uma modalidade de energia
radiante que se propaga através de ondas eletromagnéticas”.
Bem, o valor acima citado é arredondado para cálculos comuns, mas o valor real é de
299.792.458 m/s o que equivale a 1.079.252.849 Km/h.
Já no final do século XIX, quando definitivamente se dizia que a luz era puramente um
fenómeno eletromagnético (de comportamento apenas ondulatório), tal teoria começou a
ser questionada.
Dentro da Teoria Ondulatória, uma série de fenómenos referentes à luz não eram passíveis de teorizar, tais como a emissão fotoelétrica ou a emissão de elétrons de um condutor sob a ação da luz.
É quando com base nas ideias de Max Planck, Albert Einstein demonstrou que um feixe
de luz é composto de “pequenos pacotes de energia”, aos quais chamou de “FÓTONS”, ficando assim explicado o fenómeno da emissão fotoelétrica.
No entanto, sòmente em 1926, Gilbert N. Lewis cunhou definitivamente o têrmo Fóton que
é aceito até hoje.
Esta descoberta deu-se em 1911 e foi confirmada por Arthur Campton, quando êste demonstrou que “quando um fóton colide com um elétron, ambos se comportam como corpos materiais”.
Perante estas descobertas, verifica-se então que a luz tem um duplo comportamento,
umas vezes como sendo simplesmente uma onda eletromagnética, e outras vezes como
sendo uma partícula (corpúsculo), algo muito similar ao que dizia Lucrecio.
A êste comportamento duplo chamamos Teoria da Dualidade Onda-Partícula da Luz.
Poderá nosso leitor achar que tudo o que aqui foi dito é algo muito entediante, e até certo
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ponto concordamos com ele.
Mas são conhecimentos que lhe serão úteis para melhor entender o assunto base de
nosso texto, e o que é mais importante, lembre-mo-nos que “o saber não ocupa lugar”.
Saiba nosso leitor que o que transcrevemos aqui é certamente menor do que uma gota de
água no oceano da Física.
Mas, seja paciente, pois ainda há um pouco mais a dizer, como......
COMPRIMENTOS DE ONDA DA LUZ VISÍVEL
Essencialmente as diversas fontes de luz visível dependem do movimento de elétrons.
Êstes podem ser transladados de seus estados de energia mais baixa até aos de energia
mais alta utilizando-se vários processos, como por aquecimento de determinada substância ou pela passagem de uma corrente elétrica através da mesma quando esta for condutora.
Ao retornarem eventualmente à sua posição inicial, de níveis de energia mais baixa, os
átomos a que pertencem emitem uma irradiação que poderá estar dentro da faixa visível
do espectro das radiações eletromagnéticas.
A fonte de energia visível que melhor conhecemos é o Sol.
Sua superfície emite radiações dentro de todo o espectro eletromagnético, sendo que sua
radiação mais intensa está na faixa que definimos como “visível”, e o valor de pico dessas
radiações está num comprimento de onda em tôrno de 550 nm (nanometros),
Nossos olhos adaptaram-se ao espectro do Sol.
Poderá o leitor ter uma visualização um pouco melhor das irradiações solares pelo gráfico
da Fig. 5.
Fig. 5 – Espectro da Luz Solar
Todos os objetos emitem radiações magnéticas, as quais devido à sua temperatura são
denominadas como radiação térmica.
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Como objeto, o Sol também emite radiações térmicas, parte das quais são visíveis, e os
objetos nessa situação são chamados de incandescentes.
Assim, a incandescência está associada a objetos quentes, e via de regra, são necessárias temperaturas na faixa de 1.0000 Celsius (Centígrados) ou maiores para que o fenómeno seja bem visível.
Entenda agora o leitor porque as lâmpadas elétricas de filamento, mais comuns, são normalmente chamadas de lâmpadas incandescentes.
Vários objetos também emitem luz quando estão frios.
Esse fenómeno é chamado de “luminescência”, como é o caso das lâmpadas fluorescentes, dos relâmpagos durante as tempestades, e o da tela dos televisores.
Várias são as causas da luminescência e, conforme cada uma, assumem vários nomes.
Exemplos típicos são a excitação de átomos originada de reações químicas, denominada
como “quimiluminescência”, ou quando ocorre em seres vivos como nos vagalumes, nos
pirilampos e vários seres marinhos, caso em que é chamada de “bioluminescência”.
Já falamos aqui sôbre a luz o suficiente para cansar nosso leitor.
Mas como podemos dimensioná-la? Quais as unidades básicas ditadas pelo Sistema
Internacional de Unidades (SI)?
Assim, é necessário falarmos da....
MEDIÇÃO DA LUZ
São utilizadas as seguintes quantidades e unidades para medição da Luz
BRILHO - Medido em Watts por centímetro quadrado – W/cm²
ILUMINÂNCIA OU ILUMINAÇÃO – Lux
FLUXO LUMINOSO – Lumen
INTENSIDADE LUMINOSA – Candela
Estas unidades são utilizadas para medição da luz visível ao ser humano, porém, veremos adiante que as medições de luz quanto às plantas, são bem diferentes.
O FÓTON
Já citamos neste texto o têrmo FÓTON, cunhado por Albert Einstein (na verdade por Gilbert N. Lewis) quando demonstrou que um feixe de luz é composto de “pequenos pacotes
de energia”.
Há muito que dizer sôbre os fótons, mas tentaremos aqui resumir o máximo possível estas informações, pois que elas constituem matéria para vários livros escritos, e êste texto
não é esse caso.
O fóton é a partícula elementar que mede a fôrça eletromagnética.
O fóton também é o quantum (plural = quanta) da radiação eletromagnética, pelo que toda
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a radiação eletromagnética é quantizada em fótons.
Quer isto dizer que a radiação eletromagnética é quantificada na menor porção dessa energia, qualquer que seja o seu comprimento de onda, sua frequência, sua energia e seu
momento.
Os fótons são partículas elementares, e podem ser criados e destruídos quando interagem com outras partículas, embora saibamos hoje que decaiam por conta própria.
Em alguns aspectos, o fóton atua como uma partícula, e em outras ocasiões o fóton se
comporta como uma onda.
Isto é natural, face à conhecida dualidade partícula-onda na mecânica quântica.
Via de regra, a luz é formada por enormes quantidades de fótons, e o conhecimento desta
particularidade é de primordial importância quando falamos de iluminação artificial das
plantas, pois ela será tão mais adequada quanto maior for a precisão da quantidade de
fótons que as atinge.
Os fótons não têm massa detectável, ou “massa restante”, e movem-se sempre à velocidade da luz em relação a todos os observadores,
Imagine agora nosso leitor um átomo, com um núcleo e determinada quantidade de elétrons girando em sua volta, cada elétron ou determinadas quantidades de elétrons a determinada distância desse núcleo, formando órbitas.
Se não conseguir, imagine nosso sistema solar, onde o Sol seria nosso núcleo, e os diversos planetas, alguns com suas luas, girando à sua volta, cada um em sua órbita, seriam os elétrons.
Voltando agora ao nosso átomo, acontece que um elétron de uma determinada órbita
mais próxima do núcleo, de alto nível de energia, pode migrar para uma órbita mais afastada do mesmo, de menor nível de energia.
Da mesma forma, um elétron de uma órbita mais afastada do núcleo, de nível baixo de
energia, pode migrar para uma órbita mais próxima do núcleo, de nível mais alto de energia.
Quando como no primeiro caso um elétron sai de uma camada mais próxima do núcleo, a
energia perdida nessa migração para que êste possa situar-se na órbita mais afastada, de
menor nível de energia, se transforma numa “partícula” chamada Fóton.
Entenda nosso leitor que o que explicamos aqui, é uma forma extremamente simples do
que acontece.
As coisas são bastante mais complexas, mas nossa meta aqui não é detalhá-las, mas
proporcionar ao leitor uma idéia do que acontece.
Queremos que o leitor entenda o que são fótons, como se formam, que são as partículas
constituintes da luz, que podem ser quantificados, e o que é muito interessante, podem
ser vistos, filmados e fotografados, o que mais uma vez comprova sua existência.
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Só por curiosidade e como afirmação do que dizemos, veja abaixo, na Fig.6, um conjunto
de fotografias de fótons, obtidas por Ahmed Zewall, Prémio Nobel de Química em 1999.
Fig. 6 – Imagens de Fótons
É importante para nós um breve conhecimento do que são fótons, pois quando falarmos
mais detalhadamente sôbre iluminação artificial na hidroponia, e mesmo para plantas cultivadas no solo sob estufa, o que mais nos vai interessar é a quantidade de fótons
que irão atingir as plantas por unidade de área plantada e por unidade de tempo.
Então, como podemos medir essa quantia de fótons?
Lembremo-nos que como já se falou, o fóton é uma partícula, e para medir sua quantidade, usamos uma das unidades mais conhecidas pelos químicos, que é o MOL, o que à
primeira vista pode parecer-nos algo fantástico senão sobrenatural.
Entenda que o mol representa uma quantidade, e não uma unidade como o Metro ou o
Kilograma.
Para melhor entender isso, vamos fazer de conta que o leitor vai à feira comprar laranjas.
Ele pede ao feirante, normalmente, digamos, uma dúzia de laranjas, que corresponde a
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doze laranjas.
Se quiser menos frutos, o leitor pedirá meia dúzia de laranjas, o que corresponde a seis
laranjas.
Resumindo, a quantidade é dúzia, e a unidade é laranja.
Como quantidade, podemos ter dúzia, dezena, centena, milhar, e assim por diante.
Não dê risada, mas o conceito de Mol é o mesmo.
A única diferença entre dúzia, dezena e mol, é a quantidade que representam.
Se dúzia sugere imediatamente doze, e dezena sugere dez, saiba agora que Mol representa uma quantidade muito grande igual a 6,02 x 1023, número estranho esse conhecido como Constante de Avogadro (e não Número de Avogadro), em homenagem a
Amedeo Avogadro.
Tudo tem sua hora e lugar, e conhecendo agora o que é Mol, o leitor não vai à feira pedir
um Mol de laranjas, pois o feirante vai ficar olhando com cara de interrogador, embora
nosso leitor saiba o que está pedindo.
Melhor e mais confortável é pedir uma dúzia de laranjas.
Então, o mol mede alguma coisa? Não. Mol não é uma unidade de medida. Mol é uma
quantidade.
Ainda tem mais.
Como dizer 6,02 x 1023 é muito complicado e extenso, dizemos simplesmente 1 Mol.
Quando falamos de fótons então dizemos que um Mol de fótons (uma quantidade) equivale ou é igual a 6,02 x 1023 fótons.
Da mesma forma que podemos dizer uma dúzia (12), meia dúzia (6) ou um quarto de dúzia (3), subdividindo a quantidade dúzia, também podemos subdividir a quantidade Mol
em meio Mol (3,01 x 1023), e assim por diante até µmol (micro mol), que será a quantidade mais usual de fótons utilizada na iluminação artificial.
Esta quantidade é para nós de grande importância, pois as plantas necessitam quantidades específicas de fótons por unidade de tempo para se desenvolverem corretamente.
Assim, um dado extremamente importante para uma fonte de luz ou lâmpada para iluminação agrícola, deverá apresentar como característica de suma importância a quantidade
de fótons emitida por unidade de tempo (geralmente por segundo) e por unidade de área
(geralmente em m²).
Essa característica depende do tipo de lâmpada, e dentro do mesmo tipo, de fabricante
para fabricante, sendo normalmente expressa como µmol/m²/s, ou seja, micromols por
metro quadrado por segundo.
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No entanto, quando tivermos que selecionar uma lâmpada ou fonte de luz, precisaremos
também considerar as...
PERDAS DE LUZ
Falar em perdas de luz, não é algo correto, pois sendo uma energia radiante, a luz não se
perde, mas transforma-se.
Usamos aqui êste têrmo para facilitar o entendimento do leitor, e pasme, é o têrmo que irá
sempre encontrar.
Existe uma lei da Física chamada Lei do Inverso dos Quadrados das Distâncias à qual a
luz também obedece.
O que isto significa?
Significa que desde um ponto de origem ou fonte luminosa até uma determinada superfície, a quantidade de luz ou de fótons vai se perdendo (transformando em energia não luminosa), à medida que essa distância aumenta, e essa perda é proporcional ao inverso
do quadrado da distância da fonte até à superfície inicial considerada.
Via de regra esses fótons “perdidos” se transformam em energia térmica, ou para facilitar,
em “calor”.
Para melhor entender, vejamos na Fig. 7 o que costumamos chamar de Pirâmide da Luz.
Analisemos a figura.
Suponhamos uma fonte de luz que emite 1 lumen sôbre uma superfície distante 0,3 m de
dita fonte, proporcionando-nos uma determinada densidade de luz, o que equivale a uma
determinada quantidade de fótons por unidade de área.
Se aumentarmos essa distância para 0,6 m, ou seja, se dobrarmos essa distância, a densidade de luz ou quantidade de fótons por unidade de área, se reduzirá para 1/4.
Se aumentarmos agora essa distância para 1,0 m, a densidade de luz ou quantidade de
fótons por unidade de área, se reduzirá mais ainda para 1/9.
E assim por diante, essa redução vai aumentando, de forma não diretamente proporcional
à distância entre a fonte de luz e a superfície a ser iluminada.
Isto é muito importante quando tivermos que selecionar determinada lâmpada para iluminação agrícola, pois ela deverá estar o mais próxima possível da planta a iluminar.
Ora, como as lâmpadas emitem energia térmica, o que geralmente é prejudicial às plantas, estas precisam ser colocadas a determinada distância das mesmas.
Como quanto maior a distância maior será a perda de fótons que atingem a planta, e precisaremos balancear isto aumentando a quantidade de lâmpadas, com consequente aumento de consumo de energia elétrica.
Os bons fabricantes de lâmpadas para iluminação agrícola fornecem não só a capacidade
de emissão de fótons em µmol/m²/s, como também a pirâmide da luz para cada tipo de
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lâmpada.
Geralmente fornecem na realidade um Cone de luz.
Fig. 7 – Pirâmide da luz
Fig. 8 – Cone de luz – Lâmpada Ohmax LED modelo OH-GL-004
Cortesia de Shenzen Ohmax Optoelectronic Co. Ltd.
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Na Fig. 8, podemos apreciar o cone de perdas da lâmpada LED modelo OH-GL-004 fabricada por SHENZEN OHMAX OPTOELECTRONIC CO. LTD..
Entenda-se DISTÂNCIA como a distância da lâmpada até o plano a iluminar, e PPFD como PAR PHOTON FLUX DENSITY ou Densidade de Fluxo de Fótons na faixa de radiações PAR, sendo PAR a abreviação de Photosyntetic Active Radiation ou, em Português,
Radiação Fotossintética Ativa, denominações que esclarecermos adiante.
Verifiquem a perda de fótons (perda de luz) de acôrdo com as distâncias.
O mesmo fabricante também fornece tabelas simplificadas de valores como abaixo
TABELA DE PERDAS EM LÂMPADAS LED
Distância
PPFD
0.2 m
1303 µmol/m²/s
0.3 m
770 µmol/ m²/s
0.4 m
518 µmol/ m²/s
0.5 m
360 µmol/ m²/s
0.6 m
262 µmol/ m²/s
1.0 m
109 µmol/ m²/s
Procurámos até aqui transmitir ao nosso leitor uma série de conhecimentos básicos sôbre
a Luz, da forma mais simples e resumida possível, mencionando de forma muito rápida o
relacionamento entre alguns desses conhecimentos com as plantas.
O leitor pode ter sentido e ou verificado que tudo o que dissemos até aqui foi sempre
relacionando a Luz Visível com o ser humano.
Também focalizamos ràpidamente algumas diferenças no reconhecimento da Luz entre
os seres humanos e alguns outros animais.
Mas, e os seres vivos não dotados de órgãos visuais, como as plantas?
Vamos então dizer alguma coisa sôbre....
A LUZ E AS PLANTAS
As plantas são altamente sensíveis à luz, e dela dependem totalmente para sobreviver, se
desenvolver, florescer, frutificar e gerar sementes, exigindo para isso uma dieta bem balanceada dessa energia.
A radiação luminosa é para as plantas não só uma fonte de energia, mas também um estímulo que governa o condicionamento de seu desenvolvimento, funcionando muitas vezes como um fator causador de estresses.
No entanto, a sensibilidade das plantas à luz, é bem diferente daquela do ôlho humano, embora ambos respondam praticamente à mesma faixa de comprimentos de onda
da luz visível.
Para ilustrar o que dizemos, verifiquem os gráficos das Fig. 9, referente à resposta fotosintética, e o da Fig. 10, referente à sensibilidade do ôlho humano.
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Note a sensibilidade do ôlho humano à cor amarela.
Fig. 9 – Resposta Fotosintética
Fig. 10 – Resposta do ôlho humano
É por causa desta sensibilidade que os sinais de trânsito e outros de igual importância,
são pintados na côr amarela.
Com algumas diferenças, as plantas são sensíveis ao espectro de energia radiante visível, ou seja, em números redondos, às radiações de comprimento de onda entre 400 e
700 nm, mas como já dissémos, com sensibilidade às cores bem diferente do ôlho do ser
humano.
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Na verdade essa faixa vai desde 360 nm, o limite entre a côr violeta e as radiações UV
até 750 nm, até ao limite entre a côr chamada de “vermelho estendido” e as radiações
infravermelho.
À faixa de radiações da luz visível à qual as plantas são sensíveis chamamos de Radiação Fotossintética Ativa (RFA).
Porém, como a maioria da literatura especializada está em Inglês passaremos a denominá-la como PAR, ou Photosinteticaly Active Radiation, como é chamada nesse idioma.
Fig. 11 – PAR
Não somos muito apologistas do uso de termos em Inglês num texto em Português, mas
neste caso, isto se faz necessário.
A Fig. 11 nos mostra um gráfico das radiações PAR.
Note nosso leitor que na faixa de radiações citada, as plantas são muito sensíveis às cores azul e vermelha, e pouco sensíveis às cores verde e amarela, e como já dissemos,
diferem muito da sensibilidade do ôlho humano, que é extremamente sensível à côr amarela.
Esta sensibilidade varia muito de espécie para espécie de planta, mas, no entanto, está
sempre extremamente próxima ao que se representa o gráfico da Fig. 11.
Estas duas cores principais (vermelho e azul) devem estar muito bem balanceadas para
que a fotosíntese e consequente desenvolvimento das plantas possa processar-se corretamente.
Regra geral, com algumas exceções, esse balanceamento consiste em 80% de luz vermelha e 20% de luz azul. Alguns pesquisadores adotam os valores 90% e 10 %.
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Da mesma forma que as gorduras proporcionam a maior eficiência em calorias para os
humanos, a luz vermelha proporciona os alimentos mais eficientes para as plantas.
A côr vermelha estimula as plantas à produção de flores e frutos.
Vários pigmentos das plantas absorvem a luz vermelha e controlam a germinação de sementes, formação de bulbos, desenvolvimento de raízes e a dormência das sementes.
Excessos de luz vermelha ou iluminação exclusivamente com radiações dessa côr, tornam as plantas espigadas, com caules extremamente longos, e estas acabam por morrer.
Por outro lado, a luz do espectro azul promove a produção de clorofila.
Plantas iluminadas com a côr azul apresentam caules fortes e grossos e folhas verdes.
Os carotenoides nas plantas absorvem a radiação azul, e controlam a queda de folhas.
A côr azul é a responsável pelo crescimento das plantas sempre em direção à luz, fenômeno conhecido como fototropismo, e também é responsável pela quantidade de água
retida por elas.
A ausência ou redução da radiação azul provoca o amarelamento das folhas e seu colapso.
Se proporcionarmos às plantas grandes quantidades de luz verde, elas simplesmente vão
irradiar para o meio ambiente as radiações relativas a essa côr, radiações essas que irão
transformar-se em radiações térmicas, aquecendo a planta e o dito meio ambiente.
Essa irradiação é proveniente da clorofila, que absorve sòmente as cores vermelha e azul.
Por irradiarem as radiações correspondentes à côr verde, é que folhas das plantas são
verdes.
A energia luminosa incidindo sôbre as folhas dá início a uma série de reações, sendo duas as principais.
A já citada e mais conhecida Fotosíntese e a Fotomorfogénese.
Pela Fotosíntese, a molécula de água (H2O) é quebrada, liberando Oxigenio Molecular
(O2), e há a formação do ATP (trifosfato de adenosina).
Em seguida, a planta utiliza o ATP para a formação de compostos orgânicos, como açúcares, celulose e lignina.
Esta série de reações pode ser representada pela equação química simplificada abaixo:
H2O + CO2 + energia → CH2O + O2
Nesta reação, CH2O representa os carbohidratos, alguns dos quais citámos acima.
Além disto, a luz também afeta o desenvolvimento das plantas, independentemente do
seu efeito na Fotosíntese.
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Durante o ciclo de vida vegetal, uma série de vantagens que proporcionam o estabelecimento e a sobrevivência das plantas, tais como a germinação de sementes, a inibição do
alongamento dos caules, a síntese da clorofila e das antocianinas, a expansão das folhas,
a floração e a formação de tubérculos, coisas de que já falámos, estão diretamente ligados à duração e à qualidade da luz.
Denomina-se como Fotomorfogénese, o conjunto de processos pelos quais a luz regula o
desenvolvimento das plantas.
Há uma série de pigmentos similares à clorofila que proporcionam às plantas como que
um ajuste no seu programa interno de desenvolvimento no ambiente em que elas se encontram, independentemente da fotosíntese.
Neste processo existem pelo menos três tipos ou classes de fotorreceptores que são os
Fitocromos.
Os Fitocromos, que absorvem as radiações do vermelho, de comprimento de onda entre
650 e 680 nm, e do vermelho extendido, de comprimento de onda entre 710 e 740 nm.
Os Criptocromos, que absorvem as radiações do azul e das radiações UV-A, de comprimentos de onda entre 320 e 400 nm.
E finalmente os fotoreceptores que absorvem as radiações UV-B, de comprimentos de
onda entre 280 e 320 nm.
Os processos pelos quais os fotoreceptores traduzem a informação da luz em sinais bioquímicos, ainda são pouco conhecidos.
Os Fitocromos têm sido os fotoreceptores mais estudados.
Não vamos extender-nos mais sôbre êste tema, não só pela sua complexidade, mas também porque não se encaixa nas metas de nosso texto.
Mas para os leitores mais curiosos e os mais estudiosos, é recomendável que estudem o
assunto com mais profundidade.
Resumindo, pela Fotosíntese, as plantas produzem seu alimento, e pela Fotomorfogénese, elas regulam todo o processo de crescimento.
Pela Fotomorfogénese, as plantas reconhecem o dia e a noite, regulam a formação da
clorofila, a germinação de sementes, a formação de raízes, de bulbos e de tubérculos,
reconhecem seu estado de crescimento disparando a formação de flores, de frutos e consequente formação de sementes, e muitas outras funções ainda pouco conhecidas.
Posto isto, faz-se necessário agora saber como podemos medir a luz que ilumina as plantas, e que unidades devemos utilizar para tal medição, agora considerando o PAR, e não
a sensibilidade que os olhos humanos apresentam à mesma.
MEDINDO A ILUMINAÇÃO PARA AS PLANTAS
Existem várias maneiras de medir a luz para as plantas, e cada cientista ou grupos de
cientistas preferem uma ou outra.
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A unidade de medida do PAR, adotada pelo Sistema Internacional de Unidades é o EINSTEIN, símbolo E.
Um Einstein é a medida definida como um Mol (6,02 x 10 23) de fótons, independentemente da frequência da irradiação.
Para os fótons de um determinado comprimento de onda a medida da Irradiância é dada
em Einsteins por m² , ou E/m²
O Einstein é usado pela maioria dos cientistas em estudos da Fotosíntese uma vez que
para a produção de determinada quantidade de Oxigenio (O2) é necessário uma quantidade fixa de fótons fotosintèticamente ativos.
A Radiação Fotosintética Ativa (PAR) é normalmente expressa em Microeinteins por m²
por segundo (µE/m²/s).
No entanto, a expressão que o leitor vai encontrar com mais frequência é dada como Micromols por m² por segundo (µmol/m²/s), o que é a mesma coisa.
Além disso, outras conotações serão comumente vistas pelo nosso leitor.
Quando dimensionamos a luz em função do ser humano, tomamos por base quão brilhante a fonte luminosa se nos apresenta, e quão bem nossos olhos vêm sob dita fonte luminosa.
Como o ôlho humano é particularmente sensível à côr amarela, damos maior peso à região amarela do espectro, e damos a mínima importância à contribuição das cores azul e
vermelha.
Esta é então a base para dimensionarmos a fonte de luz em termos do fluxo luminoso, o
qual é medido em Lumen.
Qualquer fonte luminosa considerada emite luz, que é distribuída sôbre a área a ser iluminada, o que chamamos de Iluminância ou Iluminação, que é medida em Lux.
Assim um Lux, é a medida de quantos Lumen incidem sôbre um m² de área iluminada.
Da mesma forma a medida Inglesa é denominada Foot Candles, que é o têrmo que nos
indica quantos lumen incidem sôbre a área de um pé quadrado (sqft).
Assim, tanto Lumen como Lux (ou Foot Candle) referem-se à visão humana e não como as plantas “enxergam ou vêm” a luz.
Estas unidades, pois, não têm significado no mundo das plantas.
Considerando então as plantas, uma medida ou unidade que tem sido amplamente adotada é o PAR WATTS.
Entendamos que na Física, a energia também é medida em Joules, e um Joule por seg
(J/s), é denominado como um Watt.
Por exemplo, uma lâmpada incandescente comum de 100 Watt utiliza 100 Joules de energia elétrica por segundo.
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Quanta energia luminosa essa lâmpada está gerando?
Acreditem ou não, apenas cerca de 6 Joules por segundo, ou 6 Watt.
Neste caso, a eficiência dessa lâmpada, em termos de luz gerada, é apenas de 6,0 %,
um número muito sombrio.
O resto da energia (94 %) é dissipado principalmente como energia térmica, ou calor.
Lâmpadas bem modernas, especialmente desenvolvidas para iluminação agrícola, como
as lâmpadas de alta pressão de Sódio (lâmpadas HPS – High Pressure Sodium) ou mesmo as lâmpadas de Haletos Metálicos (lâmpadas MH – Metal Halide), tìpicamente, convertem entre 30 e 40 % da energia elétrica em energia luminosa, o que é algo substancialmente melhor.
Mas, meu caro leitor, não se desiluda com este consumo e desperdício de energia.
Temos hoje lâmpadas com rendimento luminoso de até 90,0 %. Tudo a seu tempo.
Mas voltemos agora às plantas.
Como as plantas usam a energia de comprimento de onda entre 400 nm e 700 nm, faixa
esta de energia que já sabemos ser conhecida como PAR (Photosynthetically Active Radiation), podemos medir a energia total emitida por segundo nesta faixa, e chamar esta
medida de PAR Watt.
Esta é uma medida objetiva, contrastando com Lumen, que é uma medida subjetiva, pois
está baseada na resposta de objetos, como o ôlho humano.
PAR Watt nos indica diretamente quanta energia luminosa está disponível às plantas para
ser usada na fotossíntese e na fotomorfogénese.
Consequência desta unidade, a Iluminação ou Iluminância para as plantas será medida
em PAR Watt por metro quadrado ou PAR Watt/m².
Oficialmente não existe ainda um nome específico para esta unidade, mas tem sido normalmente chamada de IRRADIÂNCIA, e é escrita, por exemplo, como 25 Watts por metro
quadrado ou 25 W/m².
Os fabricantes especializados na produção de lâmpadas para iluminação agrícola fornecem sempre êste valor nas características de cada lâmpada.
Outra unidade de medida frequentemente encontrada na iluminação agrícola, é a chamada PPFD ou PAR PHOTON FLUX DENSITY ou ainda, em Português, Densidade de Fluxo
de Fótons Na Faixa De Radiações PAR.
Esta unidade é na maioria das vezes usada no lugar de PFD, ou PHOTON FLUX DENSITY ou ainda, em Português, Densidade de Fluxo de Fótons,
Ambas significam a mesma coisa, sendo mais comum a expressão em µmol/m²/s (micromols por metro quadrado por segundo).
Os fabricantes especializados na produção de lâmpadas para iluminação agrícola, tam27
bem fornecem sempre êste valor nas características de cada lâmpada.
Tudo isto é uma grande complicação, e nosso leitor terá que ler esta parte de nosso texto
várias vezes para compreender bem o que lhe queremos transmitir. Porquê?
Porque quando lidamos com iluminação ambiente, considerando os olhos do ser
humano, falamos de uma coisa, mas quando lidamos com iluminação de plantas,
falamos de uma coisa completamente diferente.
Quando precisarmos adquirir uma lâmpada para iluminação ambiente, as unidades usadas são umas, mas quando necessitamos uma lâmpada para iluminação agrícola, as unidades são outras, com conceitos completamente diferentes, significando coisas completamente diferentes.
E isto é assim, mesmo quando muitas lâmpadas para iluminação ambiente também possam ser usadas na iluminação agrícola, embora os resultados obtidos sejam completamente diferentes em cada caso.
É tudo uma questão de hábito e/ou de adaptação, e o produtor precisa conhecer isto.
E nessa adaptação, os fabricantes de lâmpadas para iluminação convencional, terão de
habituar-se a fornecer os dados detalhados de cada lâmpada, para podermos selecioná-la
ou não para iluminação agrícola.
AS LÂMPADAS
Apesar do que conhecemos hoje por iluminação tenha começado há vários séculos pelo
uso de combustíveis, as lâmpadas que consideramos aqui são os dispositivos que utilizam a transformação direta da energia elétrica em energia luminosa, além dos dispositivos optoeletronicos (dispositivos eletronicos que emitem luz, visível ou não).
Assim, consideraremos aqui as lâmpadas incandescentes, as lâmpadas fluorescentes, as
lâmpadas de haletos metálicos, as lâmpadas de alta pressão de Sódio, as lâmpadas de
Enxôfre e os diodos emissores de luz que conhecemos como LEDs (light emitting diodes).
Embora se credite a Joseph Swan e Thomas Alva Edison a invenção da LÂMPADA DE
INCANDESCÊNCIA ou simplesmente da LÂMPADA INCANDESCENTE, antes destes,
pelo menos 22 inventores desenvolveram essa lâmpada.
Houve um grande caminho percorrido, até chegarmos à lâmpada como a conhecemos
hoje, constituída de um filamento espiralado de Tungsténio, que é atravessado por uma
corrente elétrica de forma que atinja temperaturas próximas ao seu ponto de fusão
(3.422oC).
Isto se processa dentro de um bulbo de vidro ou de quartzo fundido, isento de Oxigenio, e
preenchido com um gás neutro (Argonio, Nitrogénio, Criptonio ou Xenonio).
Fáceis de instalar a custos baixos, estas lâmpadas foram as primeiras a ser utilizadas na
agricultura, e apesar de hoje estarem quase em desuso, ainda podemos encontrá-las,
especialmente na cultura de espécies florais, como iluminação complementar e reguladora.
Isto se deve ao desenvolvimento de lâmpadas de melhores qualidades quanto ao seu
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espectro luminoso, que emitem radiações mais adequadas às plantas, e que apresentam
melhor rendimento energético.
Vejamos abaixo na Fig. 12 a imagem esquemática dessa lâmpada.
1 – Invólucro de vidro
2 – Gás a baixa pressão (Argonio, Nitrogénio, Criptonio ou Xenonio)
3 – Filamento de Tungsténio
4 – Filamento de contacto (saindo para fora do invólucro)
5 – Filamento de contacto (saindo para fora do invólucro)
6 – suporte do filamento (preso à coluna central de vidro)
7 – Coluna de suporte (em vidro)
8 - Filamento de contacto (saindo para fora do invólucro e ligado à capa))
9 – Capa com rosca (rôsca Edison)
10 – Isolamento (vitríolo)
11 – Contacto elétrico
Fig. 12 – Lâmpada de incandescência
O rendimento energético de uma lâmpada incandescente difìcilmente ultrapassa os 6% de
radiação luminosa, ou seja, apresenta uma perda de energia luminosa à volta de 94%,
perda esta que é a energia transformada em energia térmica.
Apresentam um espectro luminoso não muito adequado às plantas, como podemos verificar na Fig. 13.
Verifica-se pelo gráfico acima, que esta lâmpada irradia predominantemente luz vermelha
e amarela, sendo extremamente pobre a sua irradiação na côr azul.
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Fig. 13 – Espectro da lâmpada de incandescência
Os tipos mais comuns de lâmpadas incandescentes apresentam invólucro transparente, e
para melhorar a distribuição das radiações emitidas, desenvolveu-se um sistema para
revestir internamente dito invólucro com caulim (silicato hidratado de alumínio) finamente
moído, que lhe conferem a côr branca.
Posteriormente, também passou a pigmentar-se o pó de caulim, produzindo-se lâmpadas
de várias cores.
Mas estas cores não chegam a afetar profundamente o espectro luminoso acima.
Repetindo, embora possamos usufruir de boa vantagem desta lâmpada no que se refere
à atuação da côr vermelha que ele emite, para os dias atuais ela apresenta um rendimento luminoso extremamente baixo (6,0%).
Novamente repetindo, consequência disso, sua dissipação térmica é extraordinàriamente
grande (rendimento 94%), aquecendo demasiadamente o ambiente que a circunda, e
consequentemente as plantas iluminadas.
Para sua utilização, elas devem estar a grandes distâncias das plantas, e lembrando o
que dissemos àcerca de as radiações luminosas atenderem à lei do inverso do quadrado
das distâncias, as perdas luminosas são grandes demais, e teremos que compensá-las
com a utilização de grande número de lâmpadas, com exagerado consumo de energia
elétrica.
O limite das distâncias de montagem geralmente é a altura das estufas, e assim sendo,
promovem a formação de um colchão de ar quente na parte superior das mesmas.
Isto pode até ser uma vantagem em países de clima frio, mas em países de clima tropical
como o nosso, isso poderá exigir sistemas de ventilação natural ou forçada para eliminálo, o que vai encarecer o tipo de estufa a utilizar.
A vida útil destas lâmpadas também é muito baixa, e conforme as condições de uso,
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difìcilmente é maior do que 2.000 horas.
Dentro de sua vida útil, à medida que são utilizadas, o Tungsténio dos filamentos vai se
vaporizando e seus vapores condensam-se na parte interna do invólucro tornando-o escuro, o que vai paulatinamente reduzindo sua capacidade de irradiação de luz.
Pela vaporização do Tungsténio do filamento, êste vai diminuindo de diâmetro, até que
não consegue mais suportar a carga de energia elétrica, e acaba fundindo, interrompendo
a passagem de corrente, e a lâmpada se apaga.
Como se diz no linguajar comum, “a lâmpada queima”.
A LÂMPADA FLUORESCENTE ou TUBO FLUORESCENTE é uma lâmpada de descarga em vapor de Mercúrio que utiliza a fluorescência para emitir luz visível, construída a
partir de um tubo de vidro ou quartzo fundido.
Nesta lâmpada uma corrente elétrica excita o vapor de Mercúrio para produzir radiações
UV de comprimento de onda curto que provocam a fluorescência de uma camada de revestimento interno de tubo de vidro, camada essa formada de um ou mais compostos de
Fósforo, produzindo assim luz visível.
Verifica-se então, que uma lâmpada fluorescente converte energia elétrica em luz visível
útil, e faz isso dentro de uma eficiência muito maior do que as lâmpadas de incandescência.
Uma lâmpada fluorescente excede 100 lumens por Watt, o que é várias vezes a eficiência
de uma lâmpada de incandescência de potência similar.
Sua instalação é bem mais cara do que uma lâmpada de incandescência, pois necessita
utilizar um reator para regular a corrente elétrica que flui através da mesma.
Como dissemos, é constituída de um tubo de vidro de comprimento variável conforme sua
potência, mas hoje temos lâmpadas compactas (LFC - lâmpada fluorescente compacta)
na qual o tubo de vidro é de diâmetro bem menor do que as lâmpadas normais, e é montado em forma de zig-zag ou em forma de espiral.
As lâmpadas compactas são muito práticas, e por sua montagem já com o reator embutido e com terminal de rosca Edison, substituem diretamente as lâmpadas de incandescência, sem necessidade de adaptações nas instalações existentes.
Por utilizarem Mercúrio na parte interna, as lâmpadas fluorescentes “queimadas” são consideradas como lixo altamente poluente e perigoso à saúde humana, e seu descarte exige
uma série de cuidados.
Cada país hoje já estabeleceu normas para esse descarte, e em vários deles, existem
legislações rígidas a esse respeito
Na Fig. 14 e Fig. 15, temos as imagens desses dois tipos de lâmpada.
Como dito, a lâmpada fluorescente é construída a partir de um tubo de vidro com as extremidades fechadas, e internamente cheio de um gás neutro que pode ser o Argon, o
Xenon, o Neon e ou o Kripton, em pressão muito baixa (0,3% da pressão atmosférica).
31
]
Fig. 14 – Lâmpada fluorescente tubular
Fig. 15 – Lâmpada fluorescente compacta
A parte interna desse tubo é revestida com uma camada fluorescente (muitas vezes também levemente fosforescente), composta de várias misturas de sais metálicos das terras
raras à base de Fósforo,
Dentro desse tubo, também são colocadas algumas gotas de Mercúrio metálico.
Ainda na parte interna, em ambas as extremidades do tubo são montados dois filamentos
de Tungsténio (como nas lâmpadas de incandescência), os quais são também chamados
de cátodos, em vista de sua função principal que é a emissão de elétrons.
Para a finalidade desta emissão, êstes filamentos são revestidos com uma mistura de óxidos de Bário, de Estrôncio e de Cálcio, por apresentarem uma temperatura de emissão
termiónica bastante baixa.
O revestimento interno que contém Fósforo na sua composição é aplicado com o tubo
ainda aberto, na forma de uma pintura, e antes de ser fechado, o tubo é aquecido a tem32
peraturas relativamente altas para vaporização dos solventes das tintas usadas.
Êste aquecimento é então elevado até temperaturas próximas ao ponto de fusão do vidro,
para provocar a fusão dos compostos de Fósforo da pintura com o vidro (um processo de
sinterização).
Só então os terminais contendo os filamentos são soldados às pontas do tubo, antes do
que é colocado o Mercúrio na parte interna.
Após estas operações, o ar interno é rarefeito e substituído pelo gás neutro, quando então
o tubo é selado.
Quando se conecta uma lâmpada fluorescente à fonte de energia elétrica, ocorrem dois
fenómenos.
Pelo aquecimento dos filamentos internos parte do Mercúrio líquido existente se vaporiza.
Ao mesmo tempo, os filamentos em incandescência emitem elétrons, que colidem com as
moléculas do gás de enchimento que os rodeiam formando um plasma pelo processo de
ionização por impacto.
Como resultado dessa ionização, a condutividade do gás interno aumenta ràpidamente,
permitindo à corrente elétrica fluir através da lâmpada.
O gás de enchimento ajuda a determinar as características elétricas de operação da lâmpada, mas por si só não emitem luz.
Êste gás aumenta a distância que os elétrons têm que percorrer através do tubo aumentando as chances de eles colidirem com os átomos do vapor de Mercúrio, causando a sua
ionização e consequente emissão de radiações UV.
Estas radiações excitam o Fósforo da camada de revestimento interno, e êste, por sua
vez, emite uma luz visível.
Entenda-se assim, que na verdade uma lâmpada fluorescente emite radiações UV, pràticamente invisível aos olhos humanos.
Se não houver a camada de revestimento interno, nossa lâmpada emitirá simplesmente
radiações UV, e este tipo de lâmpada fluorescente (sem revestimento interno), é conhecida como lâmpada germicida, utilizada na esterilização de ambientes dos mais variados
tipos, inclusive soluções nutritivas em hidroponia.
O tipo de gás que preenche a lâmpada, geralmente, define o comprimento de onda destas
radiações UV, e conforme dito comprimento de onda, existem lâmpadas para esterilização
e também aquelas cujo uso nos permite a produção de gás Ozonio.
Entenda o leitor que as radiações UV “esterilizam” as bactérias que atingem, mas não as
matam, ou seja, atuam no DNA dessas bactérias eliminando a possibilidade de sua reprodução.
Isto difere radicalmente da ação do Ozonio, que destrói totalmente as bactérias por oxidação (queima as bactérias).
33
Como dito acima, as radiações UV de determinado comprimento de onda quebram as
moléculas de Oxigénio (O2) em átomos de Oxigénio (O-), e estes se reagrupam formando
Ozonio (O3).
Da mesma forma como as radiações UV de determinado comprimento de onda provocam
a formação de Ozonio, outras radiações UV de outros comprimentos de onda têm a capacidade de destruí-lo.
Este fenómeno ocorre acima da atmosfera terrestre, na estratosfera, onde determinadas
radiações UV emitidas pelo Sol agem no Oxigenio da atmosfera formando Ozonio, e ao
mesmo tempo, outras radiações UV o destroem, remanescendo em equilíbrio uma camada de Ozonio permanente com a espessura de aproximadamente 30 Km.
O Ozonio absorve as radiações UV que são prejudiciais ao ser humano, pelo que devemos manter a camada de Ozonio para nossa sobrevivência. Mas isto é outro assunto
que não se encaixa em nosso texto.
É necessário aqui entender, que as lâmpadas fluorescentes comuns, encontradas no comércio para iluminação ambiental, nem sempre são as ideais na iluminação agrícola, pois
não apresentam um espectro luminoso ideal para nossos fins.
Podemos ver na Fig. 16 e na Fig. 17, os espectros de dois tipos de lâmpadas fluorescentes comuns, e na Fig. 18 e Fig. 19, os espectros de dois tipos de lâmpadas fluorescentes
compactas para a mesma finalidade.
Reparem que os espectros das lâmpadas tubulares e compactas são bem semelhantes,
apresentando uma predominância da côr azul, e baixa emissão de radiações na côr vermelha.
Fig. 16 – Espectro de lâmpada fluorescente tubular Branca Quente
Ao mesmo tempo, podemos também verificar que em todas elas há a predominância da
côr amarela sôbre a azul, e pouca irradiação na côr verde.
Em função da predominância da irradiação na côr azul, em termos de iluminação agrícola
estas lâmpadas são adequadas para o estágio de crescimento vegetativo de várias plantas, porém não atendem às necessidades que elas têm para a formação de flores e frutos.
Desta feita, deverão ser montadas em conjunto com outros tipos de lâmpadas que
34
irradiem a côr vermelha, se utilizadas para iluminação de plantas frutíferas.
Existem hoje alguns fabricantes que produzem lâmpadas fluorescentes aperfeiçoadas,
que emitem exclusivamente radiações nas cores vermelha ou azul, mas não conhecemos
trabalhos de pesquisa que nos forneçam dados concretos a seu respeito.
Fig. 17 – Espectro de lâmpada fluorescente tubular Branca
Fig. 18 – Espectro de lâmpada fluorescente compacta Branca
Tudo isto nos mostra que estas lâmpadas são melhores para iluminação de ambientes
para o ser humano do que para as plantas, embora possam ser utilizadas para sua iluminação com relativo sucesso.
Mesmo considerando que, como já dissemos, algumas podem ser utilizadas para as plantas, especialmente no seu estágio de crescimento, e em função da temperatura de aquecimento das mesmas, não deverão ser colocadas a distância menores do que 60 cm ou
1,0 m de ditas plantas.
Distancias maiores do que estas, exigem a utilização de grande número de lâmpadas,
onerando a instalação do sistema e sua operação em têrmos de consumo de energia elétrica.
35
Outros fabricantes de lâmpadas fluorescentes também oferecem as mesmas
especìficamente construídas para iluminação agrícola, com várias correções no seu espectro luminoso, melhorando a emissão de radiações vermelhas e diminuindo a emissão de radiação
amarela.
Fig. 19 – Espectro de lâmpada fluorescente compacta Luz do Dia
Todavia, será bastante difícil encontrar estas lâmpadas nas casas comerciais normais que
se dedicam à iluminação de ambiente para o ser humano.
Provàvelmente alguma poderá encomendá-las aos fabricantes, mas é necessária muita
cautela, especialmente no que refere ao seu espectro luminoso, exigindo dos vendedores
garantias escritas dos fabricantes quanto a êste item, além dos índices de perdas conforme a distância ao elemento iluminado, e o seu PPFD às mesmas distâncias consideradas
(cone de luz – Fig. 8).
Sem sombra de dúvida, as lâmpadas fluorescentes, em termos de iluminação agrícola,
são muito superiores às de incandescência em todos os aspectos.
De qualquer forma, tanto as lâmpadas de incandescência quanto as lâmpadas fluorescentes exigem a montagem das mesmas dentro de refletores, para se reduzirem as perdas
de luz e para se direcionar o feixe luminoso.
Outro tipo de lâmpadas de grande uso em todo o mundo são as Lâmpadas de Descarga
de Alta Intensidade (HID, do Inglês High Intensity Discharge).
Este é um grupo de lâmpadas que possuem algumas características comuns, pelo que
formam uma espécie de classificação.
Assim, nesta classificação estão incluídas as lâmpadas de vapor de Mercúrio, as lâmpadas de haletos metálicos (MH), as lâmpadas de haletos metálicos de cerâmica (também
MH), as lâmpadas de vapor de Sódio, e as lâmpadas de Xenon de arco curto, estas muito
utilizadas em projetores de cinema.
É necessário que o leitor entenda que existem milhares de tipos de lâmpadas, e aqui
sòmente estamos enumerando as principais que se utilizam na Hidroponia e na agricultura conduzida no solo, em ambientes protegidos.
36
Para que nosso leitor tenha liberdade de escolher outro tipo de lâmpada para a iluminação específica de suas plantas, é que procuramos informá-lo dos conhecimentos básicos
que deve considerar nessa finalidade.
A LÂMPADA DE HALETOS METÁLICOS ou LAMPADA MH (de Metal Halide) produz luz
através de um arco elétrico gerado no seio de uma mistura gasosa de Mercúrio vaporizado e Haletos Metálicos.
Os Haletos ou Halogenetos (nome derivado do grego “halos”, que significa sal), são moléculas diatómicas dos elementos do Grupo 17 da Tabela Periódica dos Elementos, quais
sejam o Flúor (F), o Cloro (Cl), o Bromo (Br), o Iodo (I) e o Ástato (At), todos no estado de
oxidação.
Suas características químicas e físicas tornam-nos parecidos com os Cloretos e Iodetos,
menos os Fluoretos.
Não vamos aqui nos aprofundar neste tema, pois ele é demasiado extenso, mas os leitores mais curiosos poderão estudar bastante a respeito.
Eis porque estamos dando aqui uma ideia muito simples e extremamente reduzida do que
são Haletos.
Ela é assim, um tipo de lâmpada de gás com descarga de alta intensidade, pelo que é
considerada uma lâmpada HID (High Intensity Discharge Lamp).
Por sua similaridade com as Lâmpadas de vapôr de Mercúrio deixamos aqui de falar sôbre estas últimas, que não apresentam boas características para iluminação agrícola, embora em certos casos alguns produtores as utilizem
A característica principal das lâmpadas MH é o fato de conterem haletos metálicos no tubo de descarga em arco, o que aumenta muito a sua eficiência e produção de luz.
Estes haletos estão na forma de amálgama de Mercúrio.
Sua eficiência está em tôrno de 755 a 100 L/W (lumens por Watt), valor que é aproximadamente duas vezes o de uma lâmpada de mercúrio, e três a quatro vezes o valor de uma
lâmpada de incandescência.
Produzem uma luz branca muito intensa, e têm uma vida útil em tôrno de 6.000 a 15.000
horas.
São geralmente utilizadas para iluminação de grandes ambientes ao ar livre, e também
muito utilizadas nos faróis dos automóveis.
Podemos ver a imagem de uma dessas lâmpadas na Fig. 20 abaixo.
Bàsicamente é constituída de um pequeno tubo de quartzo fundido ou de cerâmica, preenchido com um gás neutro, dentro do qual se dá uma descarga em arco através de dois
eletrodos montados nas extremidades de dito tubo.
Como já dissemos, dentro desse tubo são colocados os haletos metálicos, e êstes definem a côr básica irradiada pela lâmpada inclusive a emissão de radiações UV.
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Lâmpadas dêste tipo podem ser construídas para emissão pràticamente exclusiva de radiações UV, usando haletos de Gálio e de Chumbo, as quais são utilizadas nas indústrias
gráficas.
Todo o conjunto acima descrito de forma sucinta é envolto por um bulbo protetor, o qual
pode ser também utilizado para bloquear as emissões de radiações UV, que nestas lâmpadas são muito altas.
Fig. 20 – Lâmpada de haletos Metálicos (MH)
Estas lâmpadas necessitam de um reator para iniciar a emissão de luz, e esta inicialização demora bastante (até 5 minutos), até que a lâmpada atinja sua temperatura ideal de
trabalho, a qual é muito elevada (1.2000C no tubo de descarga).
Os fabricantes dessas lâmpadas desenvolveram uma série de modelos com reator embutido e provisão de rosca tipo Edison, as quais podem assim substituir sem instalações adicionais, as lâmpadas de incandescência convencionais.
Por uma série de razões, especialmente quando estas lâmpadas chegam ao final de seu
ciclo de vida útil, estão sujeitas a explosões, o que exige uma série de cuidados na sua
instalação e utilização.
Como necessitam o uso de refletores para direcionar e concentrar sua emissão luminosa,
ditos refletores devem possuir proteção suficiente para que fragmentos de vidro não atinjam quem estiver em baixo das mesmas ao surgir eventual explosão.
Estas lâmpadas emitem enormes quantidades de radiações térmicas, razão pela qual necessitam ser montadas a grandes distâncias das plantas, havendo assim grandes perdas
de radiações luminosas.
Isto exige que se instale uma grande quantidade das mesmas para cobrir tais perdas, o
que significa um alto custo operacional em termos de energia elétrica.
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Considere sempre o leitor que estas lâmpadas não foram desenvolvidas para iluminação
agrícola, e sim para grandes áreas descobertas.
Sòmente em tempos mais recentes elas têm sido utilizadas na agricultura, em virtude de
apresentarem grande eficiência em termos de Lumens por Watt.
Vejamos agora na Fig.21, seu espectro luminoso.
Fig. 21 – Espectro luminoso de Lâmpada de haletos Metálicos (MH)
Observe o leitor que o espectro mostra uma grande emissão de radiações UV e radiações
infravermelho.
Observe também o leitor a predominância de radiações nas cores azul e amarelo.
Isto torna esta lâmpada mais adequada para germinação de sementes e para o desenvolvimento vegetativo, porém inadequada para as fases de floração e formação de frutos, em
que pese uma boa radiação na faixa do vermelho extendido, fatos que já mencionámos.
Para as fases de floração e formação de frutos, quando usamos êste tipo de lâmpadas,
precisamos instalar conjuntamente outras que apresentem uma boa irradiação da côr
vermelha e vermelha extendida.
Dentro da mesma “classificação” que mencionamos acima, estão as LÂMPADAS DE
VAPÔR DE SÓDIO.
As lâmpadas de vapôr de Sódio são do tipo de descarga em gás, e utilizam o Sódio em
estado de excitação para produzir luz.
Existem dois tipos destas lâmpadas, a saber, as de baixa pressão e as de alta pressão.
As lâmpadas de baixa pressão de Sódio são as fontes de luz mais eficientes.
Porém a irradiação de luz amarela que produzem, restringe a sua aplicação à iluminação
pública.
39
Elas emitem um espectro quase monocromático dentro da já citada côr amarela, o que
inibe a visualização de outras cores durante a noite
As lâmpadas de alta pressão de Sódio produzem um espectro luminoso mais amplo do
que as de baixa pressão, e mesmo assim são mais pobres do que outras lâmpadas no
que tange ao espectro luminoso.
Mesmo com as restrições descritas, falaremos algo sôbre elas para servir como termo de
comparação com as de alta pressão, e mesmo para o leitor ficar bem conhecedor da
mesma quando se decidir comprar uma lâmpada de vapôr de Sódio, não cometendo erros.
As LÂMPADAS DE VAPÔR DE SÓDIO DE BAIXA PRESSÃO, também conhecidas como lâmpadas LPS (do inglês Low Pressure Sodium), possuem um tubo de descarga (tubo
de arco) feito em vidro boro silicato, contendo dentro pequena quantidade de Sódio sólido,
uma pequena quantidade de gás Argónio numa mistura tipo Penning para dar início à
descarga no gás, entre os eletrodos montados nas extremidades internas de dito tubo,
que pode ser linear ou em forma de U.
Quando energizada, a lâmpada emite um flash de luz rósea, e alguns minutos após,
quando atinge a temperatura de trabalho, passa a emitir uma luz intensa, monocromática,
constituída de radiações na côr amarela, de comprimento de onda em tôrno de 589 nm.
Estas lâmpadas possuem externamente um bulbo de vidro sob vácuo interno usado fundamentalmente como isolamento térmico do tubo de descarga interno, o qual também
melhora a sua eficiência.
Nas lâmpadas modernas, esse bulbo é revestido internamente com uma camada de Óxido de Índio e Chumbo.
Na Fig. 22, podemos observar o espectro luminoso desse tipo de lâmpadas.
Fig. 22 – Espectro luminoso de Lâmpada de baixa pressão de Sódio (LPS)
Sua eficiência luminosa atinge 200 L/Watt, e o pico de sua irradiação luminosa coincide
com o pico da sensibilidade do ôlho humano às irradiações luminosas visíveis, razão pela
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qual são das mais utilizadas em iluminação de vias públicas, onde as cores dos objetos
não são muito importantes.
As LÂMPADAS DE VAPÔR DE SÓDIO DE ALTA PRESSÃO, também conhecidas como
lâmpadas HPS (do inglês High Pressure Sodium), menores em tamanho do que as de
baixa pressão, apresentam sua parte interna mecanicamente igual a estas.
Porém, no tubo de descarga interno, além do gás Argónio, possuem outros elementos tais
como o Mercúrio.
Podemos ver na Fig. 23, imagens dessas lâmpadas, que externamente são similares às
de baixa pressão.
Fig. 23 – Lâmpadas de alta pressão de Sódio (HPS)
Quando energizadas, produzem uma luz rosa escuro, e quando atingem a temperatura de
trabalho, emitem uma luz muito intensa de côr alaranjado rosado.
Conforme o fabricante, estas lâmpadas produzem no início uma luz branca azulada, até
que o vapôr de Mercúrio dentro do tubo de descarga atinja o seu ponto de mais alta pressão de descarga com as suas características, até que o Sódio esteja totalmente aquecido,
vaporizado e em alta pressão.
Neste ponto, além de emitir as radiações da côr amarela típica do Sódio, também passa a
emitir as radiações luminosas típicas do Mercúrio, numa mescla de cores de diversos
comprimentos de onda, que as tornam possíveis de ser utilizadas para iluminação agrícola.
41
Na Europa, em virtude de seu espectro bastante amplo, esta lâmpada chegou a ser chamada de Lâmpada Solar, e Lâmpada de Luz Solar.
Este nome realmente não tem razão de ser, pois o espectro luminoso desta lâmpada, em
nada pode comparar-se ao espectro solar visível, como acontece com as lâmpadas de
Enxôfre de que falaremos mais adiante.
Vejamos então na Fig. 24, o espectro luminoso das lâmpadas HPS.
Fig. 24 – Espectro luminoso das Lâmpadas de alta pressão de Sódio (HPS)
De forma geral podemos confirmar que o espectro das radiações emitidas por esta lâmpada estão realmente muito distantes do espectro visível das radiações solares, como
pode ver-se na Fig. 5.
Podemos também observar que o espectro das radiações emitidas por estas lâmpadas se
concentra nas radiações verde, amarela e alaranjado sendo extremamente pobres no que
se refere a radiações azul e vermelha.
Podemos ainda observar que emite boas quantidades de radiações UV, radiações vermelho extremo, e radiações infravermelho.
Conclui-se assim, que estas lâmpadas exigem que se complemente o esquema para iluminação agrícola, com a instalação de lâmpadas MH e lâmpadas fluorescentes, para se
ter uma boa iluminação das plantas.
Mas acredite ou não, caro leitor, é o tipo de lâmpada mais utilizada na iluminação agrícola
à volta do mundo.
42
A este momento, excusado será dizer-se que em virtude da alta irradiação térmica destas
lâmpadas, precisam ser montadas a grandes distâncias das plantas, geralmente junto às
cumeeiras das estufas, com todas as consequências advindas dêste procedimento.
Como nosso leitor pôde observar até agora, das lâmpadas disponíveis para iluminação
agrícola, nenhum tipo atende completamente às necessidades das plantas.
Sempre haverá a necessidade de conjugação de vários tipos, para se atingir um resultado
que realmente seja bom na maioria dos aspectos.
Mas há um tipo de lâmpada que, sozinha, pode resolver a maior parte destes problemas
que é a LÂMPADA DE ENXÔFRE, também chamada de LÂMPADA DE PLASMA.
Desenvolvida em 1990 pelo Prof. Michael Ury da Fusion Lighting, em conjunto com o U.S.
Department of Energy, ainda é considerada a maior invenção em termos de iluminação
desde a da lâmpada fluorescente.
Inicialmente se apresentou muito promissora, mas na realidade foi um desastre comercial,
devido a um detalhe fàcilmente solúvel que foi desprezado no início de sua comercialização, e que culminou até na proibição de sua fabricação por decisão judicial, que há muito
foi considerada como injustificada, sendo que também há muito tempo voltou a ser fabricada e comercializada.
Esta lâmpada é constituída por um pequeno bulbo esférico de quartzo fundido, com diâmetro em tôrno de 35 mm (do tamanho de uma bola de golfe), provista de um prolongamento fino, e dentro de dito bulbo existe pó de Enxôfre e gás Argónio.
Nesse bulbo que podemos ver na Fig. 25, não existem eletrodos nem conexões elétricas,
e sòmente o seu preenchimento interno já descrito.
Este bulbo fica enclausurado numa fina tela formando uma gaiola ressonante de microondas.
Então, de forma igual à dos fornos a micro-ondas domésticos, esse bulbo é bombardeado
por micro-ondas de frequência 2,5 GHz (giga Hertz) geradas por um magnetron.
Fig. 25 – Bulbo da lâmpada de Enxôfre
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A energia das micro-ondas excita o gás dentro do bulbo, aquecendo-o e elevando a pressão interna até 5,0 Kg/cm².
O gás quente eleva a temperatura do Enxôfre a um nível suficiente alto, quando ele passa
a formar um plasma extremamente brilhante, capaz de iluminar uma grande área.
Tanto o magnetron quanto o bulbo geram grande emissão de energia térmica, pelo que
tais lâmpadas já veem com um sistema próprio de refrigeração, normalmente um simples
ventilador, exatamente como nos citados fornos micro-ondas domésticos.
Também é comum essas lâmpadas já serem fornecidas com um refletor para direcionar
toda a energia luminosa formada.
A utilização do Enxôfre em alta temperatura impede a utilização de eletrodos internos por
causa da corrosão, porém já se estão desenvolvendo estudos para utilizar outras substâncias capazes de gerar luz utilizando o mesmo processo.
O tempo de aquecimento para a lâmpada de Enxôfre iniciar a emissão de luz é quase
desprezível, quando comparado às outras lâmpadas de descarga em gás, exceção feita
às lâmpadas fluorescentes, pois ela atinge cerca de 80 % de sua capacidade de emissão
de luz em vinte segundos.
Sua vida útil gira em torno de 60.000 horas.
As primeiras lâmpadas produzidas tinham uma potência de 6 kW, com uma eficiência de
80 L/W (lumen por Watt), mas os modelos mais atuais, além de não necessitarem de sistema de refrigeração, atingem 100 L/W.
Fig. 26 – Lâmpada de Enxôfre com refletor
44
Além disso, essas lâmpadas inicialmente apresentavam certa predominância de irradiações de côr verde, o que atualmente já está corrigido, por adições de outros compostos
adicionados ao Enxôfre, como o Brometo de Cálcio (CaBr2), o Iodeto de Lítio (LiI) e o Iodeto de Sódio (NaI).
Um detalhe muito importante destas lâmpadas, é que são dimerizáveis, ou seja, podemos
regular a sua emissão luminosa, variando a potência do magnetron.
Uma das principais características das lâmpadas de Enxôfre é o apresentarem o espectro
luminoso mais semelhante ao espectro solar visível, entre todas as lâmpadas conhecidas.
Fig. 27 – Espectro luminoso de lâmpada de Enxôfre
Podemos ver na Fig. 27 o espectro de uma lâmpada de enxofre de fabricação após as
primeiras correções da predominância da emissão de radiações na côr verde.
Repare o leitor que há uma grande predominância de radiações azuis, seguidas pela radiação amarela, laranja e vermelha, além das radiações vermelho extendido.
Emitem também mínimas parcelas de radiações UV e radiações infravermelhas.
Só para efeito de comparação, veja o espectro luminoso de uma lâmpada de Enxôfre de
última geração, com várias correções, na Fig. 28.
Note o leitor como êste espectro foi ampliado e aperfeiçoado.
Além de termos grandes melhoras na emissão de radiações UV, radiações do vermelho
extendido e radiações infravermelho, foi reduzida a potência do espectro verde, e foi elevado o teor de radiações de côr azul, vermelha e alaranjado.
45
A título de informação, mostramos na Fig. 29 montados lado a lado, os espectros de uma
lâmpada de Enxôfre e o de uma lâmpada de Haleto metálico (MH).
Em ambos os espectros mostra-se também, a título de comparação, a curva dos picos do
espectro da luz solar visível.
É visível a superioridade das lâmpadas de Enxofre.
Fig. 28 – Espectro luminoso de lâmpada de Enxôfre atual
Fig. 29 – Espectro luminoso de lâmpada de Enxôfre versus lâmpada de Haleto metálico (MH)
Falamos ao iniciar a descrição da lâmpada de Enxôfre sôbre o desastre comercial no início da comercialização das mesmas.
Isso foi consequência da possível interferência eletromagnética das mesmas, causada na
faixa dos 2,5 GHz (Giga Hertz) utilizada por equipamentos Wi-Fi, telefones sem fios e nas
comunicações via satélite nos Estados Unidos.
Com receio desta possível interferência, algumas companhias de rádio transmissão entraram com uma petição frente à United States Federal Communications Commission (FCC),
para forçar os fabricantes de lâmpadas de Enxôfre (à época a Fusion Lighting), a modifi46
cações na sua fabricação, mesmo sabendo que o desenvolvimento destas lâmpadas era
subsidiado e orientado pelo U.S. Department of Energy.
Em sua petição, exigiam que fosse reduzida em 99,9 % a emissão eletromagnética das
lâmpadas, sendo que o fabricante garantia e aceitava uma garantia de redução de apenas
95 %, e a Fusion Lighting parou temporàriamente a fabricação das mesmas.
Na decisão final a FCC determinou que não fosse mais permitida a fabricação de lâmpadas operando na frequência de 2,5 GHz, e que se houvesse evidência de que qualquer
entidade operasse lâmpadas de radiofrequência (as lâmpadas de Enxôfre operam com
rádiofrequência) interferindo em equipamentos de recepção via satélite, no momento desta verificação seriam tomadas as devidas providências.
Tal problema não se verificou, e frente a isto, a Fusion Lighting e outras companhias, especialmente na Europa, voltaram a fabricar estas lâmpadas, que são hoje utilizadas não
só em áreas públicas como ruas e estacionamentos, além de recintos esportivos e em
locais onde seja de interesse iluminação indireta, no que estas lâmpadas são especialmente boas.
Estes acontecimentos prejudicaram muito a expansão no uso destas lâmpadas, que como
pode ser visto e analisado pelo seu espectro e rendimento luminoso, são, no nosso entender, as melhores para iluminação agrícola, quando se procura um espectro amplo.
No entanto, o mercado solicitava não só as lâmpadas de bulbo, como também lâmpadas
tubulares, semelhantes às lâmpadas fluorescentes.
A Fusion Lighting desenvolveu um sistema denominado “Light Pipe”, constituído por um
tubo de termoplástico (Policarbonato) contendo internamente filmes refletivos e materiais
de difusão, que poderá ter até 30 metros de extensão.
Êste tubo é alimentado numa extremidade, por uma única lâmpada de Enxôfre, e distribui
luz por toda a sua extensão como se fora uma lâmpada fluorescente, num ângulo de
1800, sem perdas de luz.
Êste tubo funciona totalmente frio, havendo apenas um pequeno aquecimento na extremidade onde está instalada a lâmpada de Enxôfre.
Esse aquecimento é tão pequeno, que não chega a afetar o policarbonato de que é feito.
INTERREGNO
Embora não seja uma exigência, as culturas hidroponicas são via de regra conduzidas em
ambientes protegidos, que nem sempre são as estufas agrícolas.
Dizemos que isto não é uma exigência, pois em vários países à volta do mundo elas são
feitas ao ar livre, mas ninguém pode ignorar os grandes benefícios proporcionados por um
implemento como é uma estufa agrícola.
Esta prática, embora tenha seus altos valores, também nos traz inconvenientes que através dos anos vimos contornando, na maioria das vezes com dificuldade.
Se uma estufa protege nossas culturas contra intempéries, em muitos casos ela nos obriga a condicionar o ambiente interno, seja por aquecimento, por refrigeração, por umidifi47
cação, por ventilação natural ou forçada, por sombreamento, por irrigação através de várias maneiras e ainda outros que não é necessário aqui detalhar.
Tudo isto para propiciar às plantas cultivadas dentro delas, as melhores condições para
que se desenvolvam confortàvelmente dentro do seu melhor ciclo, proporcionando-nos os
melhores índices de produção e produtividade.
Seja uma estufa revestida com vidro, seja revestida com filmes termoplásticos, considerando conhecido o efeito estufa que provoca o aquecimento interno das mesmas, um fato
inegável á a perda de luz que tais revestimentos provocam, seja por reflexão da energia
luminosa do Sol, seja pela perda da mesma ao se refratarem através dos materiais utilizados no dito revestimento.
Em países de clima frio, com invernos prolongados, o aquecimento pelo efeito estufa é
uma necessidade, e muitas vezes necessita ser complementado com sistemas artificiais.
Em países de clima quente dá-se o contrário, pois necessitamos esfriar o ambiente interno por vários processos.
Quando necessitamos resfriar uma estufa, o primeiro passo é sombreá-la com telas próprias para essa finalidade, o que significa mais perdas na iluminação.
Embora essas perdas ainda nos permitam produzir, tal produção fica restrita, e se quisermos melhorá-la, inegàvelmente teremos que complementar a iluminação interna.
Essa complementação tanto pode ser com a finalidade primordial de proporcionar às plantas as suas necessidades mínimas para boa sobrevivência e desenvolvimento, como
também pode ser dirigida ao controle de produções fora das épocas normais para cada
tipo de planta, chegando mesmo ao controle da sua estrutura natural, controlando a fotomorfogénese.
Mostramos ao nosso leitor até aqui, não só alguns conhecimentos teóricos básicos sôbre
energia, energia luminosa, fótons, e uma série de outros, mas também os elementos com
os quais podemos conduzir artificialmente a iluminação de plantas seja ela complementar
ou total.
Demos ênfase também à importância do teor de luz necessário às plantas, ou em termos
mais técnicos, à quantidade de fótons por unidade de área e de tempo que as plantas necessitam, independentemente de qual a fonte luminosa utilizada.
Falámos sôbre os diversos tipos de lâmpadas disponíveis no mercado para essa finalidade, dando sempre importância ao seu espectro luminoso, à energia elétrica consumida
pelas mesmas, ao seu rendimento em termos de luz emitida, e à irradiação térmica de
cada uma, para que o leitor possa tomar suas decisões ao selecionar um sistema artificial
de iluminação, seja ele qual for.
Mostramos também a necessidade de considerar as perdas de luz em função da distância
de sua fonte de emissão até às plantas.
Se nosso leitor nos perguntar - “Para quê, se tudo isso significa aumento de custos de
produção?” – concordamos com ele.
Mas cada caso é um caso, e quando se chega ao ponto de “produzir ou não produzir”, é
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hora de pensarmos duas vezes e decidir “parar de produzir ou continuar produzindo”.
A iluminação artificial nos dá um caminho viável a ser considerado.
E essa viabilidade se concentra num ponto crítico, que é ILUMINAR ARTIFICIALMENTE
COM O MENOR CONSUMO POSSÍVEL DE ENERGIA ELÉTRICA.
Essa viabilidade, hoje, existe, e ela se constitui na utilização de LEDs.
Conscientize-se nosso leitor que fazer iluminação artificial na hidroponia, não é simplesmente distribuir um número de lâmpadas presas à cumeeira de suas estufas e depois ver
se funciona ou não.
Esse não é o caminho.
que funcionem bem.
É necessário conhecer algo mais, e fazer as coisas de modo a
Quanto aos custos do produto final, teremos obrigatoriamente que adaptar o nosso mercado consumidor a eles, como já é feito em vários países.
LEDs
É difícil hoje falar-se de LEDs em poucas linhas e de forma simples, mas tentaremos fazêlo, e por favor, caro leitor, mais uma vez pedimos para que seja paciente.
Um LED (do inglês Light Emmiting Diode) ou DEL (do português Diodo Emissor de Luz), é
uma pequeníssima lâmpada, que gera luz dentro de um conceito completamente diferente
das lâmpadas que conhecemos, sejam as que utilizam um filamento incandescente, sejam as que utilizam descargas em meios gasosos.
Usaremos sempre aqui o têrmo LED, e nunca o têrmo DEL, pois LED é como êstes dispositivos são conhecidos em todo o mundo.
Hoje o leitor encontrará LEDs pràticamente em todos os lugares, desde o seu relógio eletrônico ao visor de sua calculadora eletrônica, desde os painéis elétricos e eletronicos até
painéis de propaganda, desde os sinais de trânsito aos painéis do seu automóvel, e atualmente até na iluminação domiciliar, em escritórios e nas áreas públicas.
Sempre que se necessite uma sinalização visual que chame a atenção, lá estão os LEDs
contínua ou intermitentemente acesos.
O nome dessa pequena lâmpada diz DIODO.
Mas o que é um DIODO?
Diodo é um dispositivo semicondutor elétrico.
Os materiais semicondutores estão entre os condutores e os isolantes ou isoladores.
Temos como condutores todos os metais, que permitem a passagem de corrente elétrica
através deles, e os isolantes, que não deixam essa corrente passar.
Os semicondutores deixam a corrente elétrica passar, mas num único sentido.
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Assim, deixam passar a corrente contínua, mas não dão passagem livre à corrente alternada.
Sòmente quando a polaridade da corrente alternada corresponde à polaridade do diodo, é
que ela passa, mas de forma não contínua, ou seja, em pulsos.
Nosso sistema de fornecimento de energia elétrica é de corrente alternada e essa alternância dá-se via de regra, na frequência de 60 ciclos/segundo.
Isto significa que ele inverte a polaridade elétrica, ou melhor, o polo positivo se torna negativo e o negativo se torna positivo, 60 vezes por segundo.
Assim, se ligarmos os terminais de um diodo a uma fonte de corrente alternada, a corrente passará através dele em pulsos na frequência de 60 vezes por segundo.
Os primeiros materiais puros onde se verificaram estas características foram o Selenio, o
Germânio e o Silício, e desde há muitos anos vêm sendo utilizados para transformar a
corrente elétrica alternada em corrente elétrica contínua, ou seja, tecnicamente falando,
como retificadores de corrente.
O leitor já teve a curiosidade de olhar o alternador de seu automóvel por dentro?
Bem, o alternador gera corrente alternada, mas o motor de seu automóvel utiliza corrente
contínua.
Assim, dentro do alternador, existem quatro pequenos elementos que transformam essa
corrente alternada em corrente contínua, que é aquela que sai do seu alternador.
Esses elementos são diodos, que estão sendo utilizados como “retificadores de corrente”.
Continuando, de forma geral os semicondutores são maus condutores de eletricidade,
mas tecnologias modernas desenvolveram um sistema chamado de “doping” (dopagem),
que consiste em adicionar impurezas ao material semicondutor, melhorando assim suas
características de condução.
Estas impurezas introduzem elétrons livres no seio do material semicondutor, criando nestes, furos (no inglês “holes”) ou cavidades, por onde os elétrons podem deslocar-se fàcilmente, tornando assim os semicondutores eletricamente mais condutivos.
Complicado, não é?
Agora, caro leitor, faça uma pausa. Levante-se, tome um café, e se for fumante, fume
um cigarro para relaxar, porque ainda tem mais vindo por aí.
Um semicondutor com elétrons extra é chamado Semicondutor Tipo-N (Tipo Negativo),
pois apresenta cargas negativas.
Neste tipo de material semicondutor, os elétrons livres movem-se de uma área carregada
negativamente para áreas carregadas positivamente.
O semicondutor Tipo-P (Tipo Positivo), possui furos (holes) ou cavidades com partículas
carregadas positivamente, e assim, os elétrons podem pular de furo para furo, movendose de uma área carregada positivamente para outra área carregada negativamente.
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Consequência disto, aparentemente os furos parecem mover-se de uma área carregada
positivamente para uma área carregada negativamente (esta aparência é o inverso da
realidade).
Como uma corrente elétrica nada mais é do que um fluxo de cargas (negativas ou positivas, esta é a forma como o material semicondutor, seja ele Tipo-N ou Tipo-P, conduz eletricidade.
Um diodo é, pois, composto de ambos materiais Tipo-P e Tipo-N juntos, formando um
sanduíche.
Como desta maneira se forma uma junção entre os dois tipos de material, os diodos são
também chamados de Junção P-N, onde o material Tipo-P é conectado ao polo positivo
de um circuito elétrico.
Os elétrons (cargas negativas) no material semicondutor Tipo-N, são repelidos para o
terminal positivo do circuito, enquanto os furos (cargas positivas) no material Tipo-P são
repelidos para o material Tipo-N.
Isto cria um fluxo de cargas através da junção dos dois materiais, e assim, um diodo não
condutor torna-se um bom condutor de energia elétrica.
Note-se, no entanto, que se invertermos a polaridade do diodo, ou seja, se conectarmos o
lado de matéria Tipo-P no lado negativo da fonte de energia elétrica e o lado Tipo-N no
lado positivo da mesma, não haverá condução de energia elétrica através do diodo.
Isto porque todos os elétrons do lado de material Tipo-N são puxados e absorvidos pelo
terminal positivo, e da mesma forma, os furos ou buracos do material Tipo-P são puxados
e absorvidos para o terminal negativo.
Nesta circunstância não teremos partículas carregadas (elétrons e furos) movendo-se através da junção, e o diodo não conduzirá eletricidade em nenhuma direção.
Por isto é que um diodo ou um LED (que é um diodo) é definido como um dispositivo que
conduz eletricidade num único sentido.
Quando temos a migração de elétrons, sempre existe uma pequena perda de energia, e
como energia não se perde nem se cria, as assim chamadas perdas são convertidas em
energia eletromagnética.
Os diversos comprimentos de onda dessa energia eletromagnética dependem dos diferentes níveis de energia dos elétrons e dos furos, que por si, dependem do tipo dos materiais de que é feito o diodo.
No caso dos LEDs, esta energia é emitida na forma de radiações eletromagnéticas visíveis pelo o ôlho humano, ou seja, os LEDs emitem radiações luminosas visíveis.
Também dependendo dos materiais dos quais são feitos os LEDs, os comprimentos de
onda da energia irradiada podem não ser visíveis, sendo estas nas faixas de irradiações
UV, quando teremos LEDs emissores de radiações UV, que são muito usados em controles remoto de equipamentos domésticos, como nos aparelhos de televisão.
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Repare naquela lampadinha do controle remoto que o leitor aponta para o seu televisor.
Ela não emite radiação luminosa visível (ela nunca acende), mas a cada comando seu,
ela emite um pulso de radiação UV.
Já dissemos que os diferentes materiais de que são feitos os diodos determinam o comprimento de onda da radiação luminosa que emitem, sendo que a escolha desses materiais determina o comprimento de onda das radiações emitidas por determinado diodo, e
consequentemente sua côr.
É necessário entender, que qualquer que seja o material utilizado, sempre teremos emissão de radiações luminosas, mesmo nos primeiros diodos feitos de Germânio e de Silício,
usados até hoje na indústria elétrica e eletrônica.
Porém neste caso, ela á tão pequena (às vezes invisível), que é desprezível em termos
de iluminação, além do que esses diodos são encapsulados em materiais não transparentes.
Nos primeiros diodos emissores de luz ou LEDs, o material mais utilizado na sua construção era o Fosfeto de Gálio (GaP), e a luz emitida tinha comprimentos de onda desde a côr
amarelada até à verde.
Mas infelizmente a vida útil desses LEDs era muito curta quando operando em temperaturas elevadas, razão pela qual esse material não é mais usado.
Passou a usar-se então o Arsenieto de Gálio e Alumínio (AlGaAs), com o qual se conseguiam LEDs emitindo cores nas frequências desde o amarelo até ao verde, incluindo boa
parcela de radiações infravermelho.
Da mesma forma que a anterior, êstes LEDs tinham vida útil ainda muito curta e baixa
eficiência luminosa, razão pela qual esse material também caiu em desuso.
Estas dificuldades foram resolvidas a partir do momento em que se passou a utilizar o
Fosfeto de Alumínio Indio e Gálio (AlInGaP), que além de permitir LEDs operando a temperaturas elevadas, emitiam luz de alto brilho, nas frequências desde o vermelho até o
âmbar.
A partir dos anos 90, um outro material, o Nitreto de Galio e Indio (GaInN) foi desenvolvido para uso em LEDs, proporcionando nos mesmos além da operação em temperaturas
elevadas, um alto rendimento.
Geravam luz nos comprimentos de onda de faixa ampla, desde o verde e azul, até às radiações UV.
Êstes, chamados de LEDs Azuis, em conjunto com Fósforo (P) permitiram a fabricação de
dispositivos emitindo a faixa de radiações da luz branca, e passaram a ser os líderes de
produção industrial, porém, não possibilitam a emissão das radiações na faixa do amarelo
verdadeiro, que vai desde o comprimento de onda de 585 nm até 500 nm um intervalo a
que chamamos “gap”.
Podemos analisar esta situação no gráfico de espectros mostrado na Fig.30.
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No entanto, misturando dois tipos de LED, o verde e o vermelho num mesmo encapsulamento, obtemos a côr amarela.
Vemos assim que houve um caminho muito extenso até chegarmos aos atuais LEDs, monocromáticos (por emitirem radiações de uma única côr) que proporcionam alta intensidade luminosa.
É necessário esclarecer que embora digamos que um LED emite uma radiação monocromática, isso não corresponde à realidade.
Um LED emite radiações dentro da faixa de radiações de comprimentos de onda que limitam uma determinada côr, e esta, como já vimos depende do tipo de material ou materiais
semicondutores utilizados na sua construção.
Fig. 30 – Faixas de comprimento de onda dos LEDs atuais
A pesquisa sôbre êstes materiais é muito intensa, e a cada dia surgem novos compostos
com características distintas.
Para que o leitor tenha uma ideia disso, mostramos abaixo uma tabela com os materiais
inorgânicos mais conhecidos e de maior eficiência luminosa usados na fabricação de
LEDs, e suas características elétricas e luminosas.
Como em princípio sempre se procurou a utilização de LEDs para iluminação de ambientes, e como êstes dispositivos emitem normalmente radiações monocromáticas, passou a
utilizar-se a mistura de cores para se atingir a faixa de irradiações da côr branca.
Isto se conseguiu utilizando a mistura ou sobreposição das cores Vermelha, Azul e Verde,
conhecida como mistura RGB (do inglês Red, Green e Blue), hoje mais conhecida como
Sistema RGB.
As faixas de irradiação de cores de diferentes LEDs podem também ser vistas na Fig. 31,
onde cada curva de cada côr é de um LED de diferente material semicondutor.
Dissemos atrás que um LED é uma pequeníssima lâmpada, e realmente ele o é, como
podemos observar na Fig. 32.
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Note que nessa figura usamos a régua como têrmo comparação, porém eles existem com
dimensões desde 2 mm até 10 mm de diâmetro por igual valôr na altura.
Note também que os terminais para conexão elétrica são apenas dois fios finos de diferentes comprimentos para diferenciar a polaridade durante a sua ligação.
Ele consegue emitir luz de alto brilho, praticamente monocromática, com baixíssimo consumo de energia.
MATERIAIS INORGANICOS PARA A FABRICAÇÃO DE LEDs
CÔR DO
LED
COMPRIMENTO
DE ONDA EM
nm
QUEDA DE
TENSÃO ΔV
Infravermelho
ʎ >760
Δ V < 1,63
Vermelho
610 < ʎ < 760
1,63 < Δ V < 2,03
Laranja
590 < ʎ < 610
2,03 < Δ V < 2,10
Amarelo
570 < ʎ < 590
2,10 < Δ V < 2,18
Verde Tradicional
500 < ʎ < 570
1,90 < Δ V < 4,00
Verde Puro
500 < ʎ < 570
1,90 < Δ V < 4,00
Violeta
400 < ʎ < 450
2,76 < Δ V < 4,00
Púrpura
Vários tipos
2,48 < Δ V < 3,70
Ultravioleta
235 nm
Ultravioleta
215 nm
Ultravioleta
210 nm
ʎ < 400
3,10 < Δ V < 4,40
Diamante
ʎ < 400
3,10 < Δ V < 4,40
Nitreto de Boro (BN)
ʎ < 400
3,10 < Δ V < 4,40
Nitreto de Aluminio (AlN)
Ultravioleta
210 nm
ʎ < 400
3,10 < Δ V < 4,40
Rosado
Vários tipos
Δ V ≈ 3,30
Branco
Amplo Espectro
Δ V = 3,50
MATERIAL SEMICONDUTOR
Arsenieto de Galio (GaAs)
Arsenieto de Aluminio e Galio (AlGaAs)
Arsenieto de Aluminio e Galio (AlGaAs)
Fosfo Arsenieto de Galio (GaAsP)
Fosfeto de Aluminio Galio e Indio (AlGaIP)
Fosfo Arsenieto de Galio (GaAsP)
Fosfeto de Aluminio Galio e Indio (AlGaIP)
Fosfeto de Galio (III) (GaP)
Fosfo Arsenieto de Galio (GaAsP)
Fosfeto de Aluminio Galio e Indio (AlGaIP)
Fosfeto de Galio (III) (GaP)
Fosfeto de Galio (III) (GaP)
Fosfeto de Aluminio Galio e Indio (AlGaIP)
Nitreto de Indio e Galio (IGaN)
Fosfeto de Galio (III) (GaP)
Selenito de Zinco (ZnSe)
Silicio (Si) como substrato - (em desenvolvim.)
Nitreto de Indio e Galio (IGaN)
LED duplo azul/vermelho com Fósforo Vermelho
ou Fósforo Branco com invólucro plástico na côr
púrpura
Nitreto de Aluminio (AlN)
Nitreto de Aluminio e Galio (AlGaN)
Nitreto de Galio e Indio (GaIN)
Azul com uma ou duas camadas de fósforo
Amarelo com Vermelho
Laranja ou Rosado com Fósforo adicionado
posteriormente, ou ainda
Fósforo Branco com pigmento branco na parte
superior
LED azul com UV e com Fósforo Branco adicionado
Um LED comum absorve desde milésimos de Watt até 2,5 a 3 Watt, sendo que dentro
dêste valôr maior, consegue fornecer-nos energia luminosa comparável a uma lâmpada
de incandescência de até 25 Watt ou mais.
54
Isto só por si nos dá uma ideia de quanto se pode economizar em termos de energia elétrica pelo uso de LEDs, economia essa que chega a mais de 90%.
Mas sempre houve com estas lâmpadas a exigência de maiores níveis de luminosidade, e
consequência disso, LEDs de maior potência.
As limitações de um LED estão basicamente no limite das temperaturas da junção dos
semicondutores que o compõem, e dos materiais dos seus invólucros, pois via de regra,
são encapsulados em materiais termoplásticos transparentes ou translúcidos, geralmente
formando uma pequena lente na parte superior.
Fig. 31 – Espectro de LEDs monocromáticos
Fig. 32 – Imagens de LEDs de baixa potência
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Pôsto isto, havia a necessidade de construir LEDs de potência mais elevada, e isto hoje é
possível, existindo LEDs que consomem 10 Watt e até mais
A partir desta evolução, passamos a considerar os LEDs como de Baixa Potência, consumindo até 3 Watt, e os de Alta Potência ou simplesmente LEDs de Potência, consumindo acima disto.
Fig. 33 – Imagens de LEDs de potência
Com estes consumos mais elevados, foi necessário montarem-se os LEDs de alta potência em cima de placas dissipadoras de calor, para dissipar o calor gerado pelas altas temperaturas da junção dos materiais semicondutores.
A aparência desses LEDs é bastante diferente, como podemos ver na Fig. 33
Note que temos agora uma base de montagem espessa, que constitui um dissipador de
calor, e os terminais passam a ser mais rígidos.
De qualquer forma, as dimensões do dispositivo continuam sendo reduzidas, em média
10 x 10 x 5 mm.
De forma geral, todos os LEDs apresentam consumos muito baixos de energia elétrica, e
todos são sempre alimentados com corrente contínua, embora seja possível montá-los
para uso com corrente alternada, prática que não é normalmente utilizada, pois tem consequências que nem sempre são aceitáveis.
Assim, sempre exigem um retificador de corrente, normalmente funcionando com diodos.
Porém esses retificadores que constituem o que chamamos de Fonte de Alimentação CC,
devem ser regulados, para não termos oscilações na tensão de saída, além de outras características que proporcionem uma vida útil muito longa aos LEDs.
Funcionam também com tensões muito baixas, que normalmente variam de 1,0 até 12
Volts.
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Os LEDs chamados Miniatura, como os mostrados na Fig.32, são geralmente divididos
em três categorias como segue:
1 – LEDs de baixa corrente consumindo à volta de 2,0 mA e 2,0 V (aproximadamente 4,0
mW).
2 – LEDs Standard de 20 mA (consumindo de 40 Mw até 90 mW), e tensões de:
1,9 a 2,1 V para côr vermelha e amarela,
3,0 a 3,4 V para côr verde e azul
2,9 a 4,2 V para côr violeta, rosada, púrpura e branca
3 – LEDs de ultra alta saída com consumo de 20 mA a aproximadamente 2,0 a 4,0/ 5,0 V.
Enfim, como já dissemos, é muito difícil falar-se de LEDs em poucas linhas, pois são dispositivos de alta tecnologia, em evolução constante e objeto de pesquisas permanentes.
Mas internamente, como é construído um LED? Comecemos por um LED miniatura.
A Fig. 34 nos mostra a estrutura interna de um LED de baixa potência ou LED miniatura,
montado num circuito impresso.
É basicamente constituído de uma haste vertical como vemos no lado esquerdo, provista
de um mini refletor luminoso chamado catodo, que é o polo negativo do LED.
O ângulo de reflexão do refletor varia desde 60o até 180o, geralmente em incrementos de
30o.
Diretamente conectado a essa haste, no centro do refletor, é colocado um fragmento do
material semicondutor que como já vimos é chamado de “chip”.
Alinhada com esta haste e isolado da mesma, existe uma segunda haste chamada de
anodo, que é o polo positivo do LED.
Conectado à segunda haste, temos um fio de Ouro que vai conectar-se ao “chip”.
Êste conjunto é encapsulado num invólucro de resina epóxi regra geral de forma cilíndrica, e a parte superior do mesmo tem o formato de uma lente, que concentra o feixe de luz
emitida.
A Fig. 35 mostra-nos a estrutura interna de um LED de potência.
Os componentes são os mesmos, porém note-se o refletor e o “chip” montados sôbre
uma base metálica que atua como dissipador de calor.
Note-se também que os terminais para conexão deixam de ser fios finos, e passam a ser
na forma de placas.
Estas duas figuras nos mostram montagens genéricas, mas os LEDs permitem inúmeras
formas de montagem, até em bases flexíveis como se fossem folhas de papel, e estas em
formas de fitas flexíveis, que permitem inúmeras aplicações.
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Vimos assim que os LEDs, como dissemos, são lâmpadas que não utilizam os conceitos
comuns que conhecemos.
São na verdade dispositivos eletrônicos e não elétricos.
Por emitirem luz, são denominados como dispositivos OPTOELETRONICOS.
Fig. 34 – Detalhes de um LED de baixa potência ou LED miniatura
Fig. 35 – Detalhes de um LED de potência
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Sua vida útil é mais longa do que qualquer lâmpada conhecida até aqui, e esse valôr atinge fàcilmente 60.000 horas de uso contínuo, e mais, se for intermitente.
Muitas vezes necessitam de instalações para resfriamento?
Sim, mas o calor gerado pelos mesmos não chega a afetar a temperatura interna das estufas, e tal calor é fàcilmente dissipado com ventiladores miniatura que o leitor já conhece
até de seus computadores pessoais.
Sua utilidade se torna cada vez mais ampla, e quase podemos dizer que ela depende
sòmente da imaginação do ser humano.
Sua utilização em iluminação agrícola é bastante recente, e seu sucesso nessa aplicação
tem pecado pelo pouco entendimento que os produtores têm do seu funcionamento e
princípios básicos de utilização.
Sem dúvida que é um produto relativamente novo, e seu custo é um pouco maior do que
as lâmpadas convencionais em uso, mas a longevidade dos LEDs justifica o investimento.
De forma geral, os produtores pensaram inicialmente que estavam frente a um novo tipo
de lâmpada que poderia simplesmente substituir as que já tinham em uso, ou seja, era só
tirar uma e substituí-la por outra.
Até em centros de pesquisa de iluminação agrícola isso tem sido feito.
O mais comum ainda é verem-se blocos de iluminação com LEDs, suspensos junto às
cumeeiras de estufas, montagem esta totalmente inadequada, senão errada.
Há desvantagens na utilização de LEDs? Podemos dizer que existem algumas.
Um só elemento LED, via de regra, não substitui uma só lâmpada convencional.
Eles necessitam ser aplicados como conjuntos de elementos LED que podem apresentar
várias conformações, incluindo as de lâmpadas convencionais, já com a fonte de alimentação embutida e com rosca tipo Edison para aplicação em instalações convencionais já
existentes
Por ser um produto relativamente novo, seu custo inicial, como já dito, é bem mais caro.
Também geram irradiação térmica, porém a níveis infinitamente mais baixos do que qualquer lâmpada convencional.
Note que os LEDs são encapsulados em materiais termoplásticos, o que jamais poderíamos imaginar em lâmpadas convencionais, excepção feita aos tubos com lâmpadas de
Enxôfre, os Light Pipes.
No entanto, os conjuntos de LEDs que geram tal irradiação a níveis mensuráveis, já vêm
com sistemas muito baratos de dissipação da mesma.
Existem vantagens? Sim, e são imensas.
São elementos muito compactos.
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Consomem quantidades de energia elétrica muito pequenas, para gerar os mesmos níveis de radiação luminosa das lâmpadas convencionais.
Por serem elementos que geram luzes monocromáticas, e permitem que se formem conjuntos de iluminação onde se pode regular o espectro de cores desejado ou necessário.
Considerando as partes do espectro de irradiação nas faixas UV e IV, podemos montar
conjuntos de LEDs que irradiem sòmente as faixas de comprimento de onda dessas irradiações, como também mesclá-las com faixas de outras cores, também nas proporções
desejadas ou necessárias.
São dispositivos dimerizáveis, ou seja, permitem regular a intensidade luminosa no nível
que desejarmos.
Por sua baixa irradiação térmica, permitem seu posicionamento bem próximo à superfície
que se deseja iluminar, reduzindo-se assim as perdas de iluminação pela distância dos
mesmos a ditas superfícies.
Acreditamos que agora podemos falar algo mais objetivo sôbre a...
ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL NA HIDROPONIA
Antes de falarmos sôbre êste tema, achamos aconselhável lembrar alguns efeitos na fisiologia da plantas, causados pelas irradiações luminosas de ondas curtas, alguns dos quais
já foram citados esparsamente ao longo dêste texto.
A foto-resposta é muito importante na agro-tecnologia, pois se tivermos a possibilidade de
adequar o espectro luminoso, teremos também a possibilidade de controlar o crescimento
e desenvolvimento das plantas, além de otimizar sua qualidade nutricional.
Em primeiro, temos que considerar que a escolha de um espectro luminoso corretamente
selecionado, nos garante a possibilidade na regulagem da época de floração, o equilíbrio
entre os processos de crescimento e desenvolvimento, o acúmulo de biomassa, o alongamento dos caules, além de causar impactos desejados no metabolismo primário e secundário, diretamente associados com a qualidade alimentícia dos vegetais.
Em outras partes dêste texto já dissémos ser hoje de aceitação geral que o espectro luminoso ideal para as plantas deve conter 80 % de luz vermelha e 20 % de luz azul.
No entanto as plantas apresentam estratégias diferentes de vida, e portanto necessitam
diferentes condições de iluminação.
Por exemplo, as lâmpada HPS apresentam sua maior intensidade luminosa nas faixas de
vermelho e alaranjado, e êste tipo de luz afeta a reversibilidade dos fitocromos, sendo a
mais importante para a fotosíntese, floração e formação de frutos.
Desta feita, outros tipos de lâmpada devem ser usados em conjunto, quando se desejarem outros tipos de efeito, muitas vezes simultâneos.
O atual desenvolvimento dos sistemas de iluminação de estado sólido baseado nos LEDs,
têm facilitado e expandido a pesquisa neste campo, e criou uma era marcante nas tecnologias de cultivo,
60
Então, o que sabemos àcerca das outras cores da luz?
Pesquisas levadas a efeito pelo projeto ENLIGHTEN, apoiado pelo EU-Asia Link, estudaram com profundidade o efeito de iluminação suplementar com irradiações luminosas de
ondas curtas sôbre várias plantas.
Essas pesquisas foram levadas a efeito pelo Laboratory of Helsinki University of Technology, pelo Institute of Materials Science and Applied Research da Vilnius University e pelo
Lithuanian Institute of Horticulture.
Utilizando para iluminação lâmpadas HPS e lâmpadas LED em conjuntos montados pelos
participantes, levantaram dados sôbre alfaces, rabanetes e outras plantas, para estimar
os efeitos desse tipo de iluminação, dos parâmetros de crescimento, sistema foto sintético, teores de fitohormónios, teores de açúcar, nitratos e Vitamina C.
Os resultados foram impressionantes, e neles podemos ressaltar:
A LUZ AZUL é favorável ao crescimento da maioria das plantas, incluindo alface, espinafre, trigo, rabanete e outras.
Ela afeta a formação da clorofila, o processo de fotosíntese, a abertura dos estomas, e
através dos sistemas do criptocroma e do fitocroma, eleva a resposta fotomorfogenética.
A luz azul (450 nm) promove a formação de matéria seca e inibe o alongamento das células nos caules e folhas, promovendo plantas de caules curtos e grossos.
Os carotenoides absorvem a luz azul e controlam a queda das folhas.
Além disso, a radiação azul é a responsável pelo crescimento das plantas sempre em direção à luz, e também controla a retenção de água nas mesmas.
A ausência ou a redução da côr azul no espectro traz como consequência o amarelamento das folhas, sua queda, e finalmente o colapso total das plantas.
O fluxo ideal de luz azul no espectro foto sintético (PAR) está situado entre 10 e 15 % da
irradiação total.
A irradiação azul é essencial para os rabanetes, e apresenta um pequeno efeito na síntese metabólita primária e secundária, o que indica sua influência no metabolismo dependente de luz.
As plantas são verdes porque refletem a LUZ VERDE na região do espectro luminoso.
A luz verde é transmitida com maior eficiência pelo corpo e folhas das plantas, e age como sinal aos tecidos que não estão diretamente expostos à iluminação do ambiente,
Consequentemente a luz verde suplementar melhora o acúmulo de biomassa na parte
aérea das plantas, e também afeta a síntese da clorofila e dos carotenoides, com o que
melhora a coloração das folhas.
Os fitocromos, principalmente os pigmentos reversíveis ativados pela côr vermelho extenso, são muito sensíveis ao espectro completo das irradiações, e mesmo pequenas variações neste espectro provoca respostas no sistema dos ditos fitocromos.
61
Não existem evidências científicas àcerca da ação da irradiação da LUZ CIANO (505 nm).
É possível que a irradiação desta faixa, por estar muito próxima à região verde, tenha os
mesmos efeitos biológicos positivos desta.
A iluminação suplementar com a côr ciano em alface, afeta de forma significativa o metabolismo dos carbohidratos e dos nitratos, e aumenta levemente o crescimento dos rabanetes.
A LUZ VERMELHA estimula as plantas a produzirem flores e frutos, sendo essencial nestas duas fases.
Os pigmentos das plantas absorvem a luz vermelha e controlam a germinação das sementes, formação de bulbos, desenvolvimento das raízes, os períodos de dormência e a
aparência das flores e frutos.
A formação de flores e frutos é controlada por hormonios das plantas, e êstes entram em
ação na presença da luz vermelha.
No entanto, um espectro de iluminação constituído exclusivamente por luz vermelha, ou
com excesso desta côr no PAR, faz com que as plantas se tornem espigadas (estiolem),
com internódulos extremamente longos, acabando estas por sucumbir.
A RADIAÇÃO UV é prejudicial à flora como um todo, embora tenha pequenos efeitos positivos quando de comprimento de onda muito curto.
No entanto a radiação UV no comprimento de onda 385 nm, aparentemente contribui na
vivacidade das cores, no acentuamento do paladar e dos aromas das plantas, o que indica sua influência no processo metabólico.
Também promove o acúmulo de compostos fenólicos, e melhora a atividade antioxidante
dos extratos das plantas, embora não mostre nenhum efeito no crescimento das mesmas.
Perante tantos problemas de iluminação que podem ocorrer nos seus sistemas hidroponicos e mesmo naqueles levados a efeito em solos protegidos por estufa, ao ler êste texto,
o produtor pode pensar em instalar um sistema de iluminação artificial total ou complementar, para melhorar e/ou aperfeiçoar seus produtos, e até mesmo para lhe permitir produzir linearmente durante todo o ano.
Mas, considerando tudo o que lhe foi mostrado nestas linhas, instalar um sistema de iluminação artificial não é só instalar algumas lâmpadas e ver o que acontece.
Se o produtor acha que faltou luz, aumenta a quantidade de lâmpadas, se acha que o resultado foi bom, deixa como está, e se acha que há luz demais, retira algumas lâmpadas.
Não é assim.
Estamos falando de custos operacionais, onde energia elétrica tem um grande pêso, especialmente na hidroponia, além do pêso da qualidade dos produtos finais.
Então, como fazer?
Primeiramente, defina o tipo de planta que vai ou já está produzindo, e em que fase de
seu crescimento irá fazer a iluminação, se na germinação de sementes e preparação de
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mudas, se na fase de pré-crescimento, se na fase de crescimento final ou “engorda”, ou
se na fase de floração e formação de frutos.
Lembre-se que no início do seu projeto, não é tão importante definir qual a potência de
lâmpadas a instalar por unidade de área.
O fundamental, é saber qual a densidade de fótons por unidade de área que sua planta
exige dentro das radiações PAR, a que chamámos PPFD (PAR Photon Flux Density),
normalmente medido em µMol/cm²/s.
Cada tipo de planta tem suas exigências em cada fase de seu desenvolvimento
Temos no Brasil poucos ou nenhuns estudos sôbre isto, e pelo resto do mundo não é muito diferente.
Talvez nossos Centros de Pesquisa e Universidades ainda não se tenham dado conta da
importância dêste assunto.
E mesmo quando se derem conta disto, haverá uma enorme necessidade da integração
destas pesquisas entre as Faculdades de Biologia, as Faculdades de Agronomia e os
produtores, o que hoje não se nota.
Assim, no momento, melhor será recorrer aos fabricantes de lâmpadas, que mantêm estudos próprios a respeito disto, geralmente em conjunto e apoiados por departamentos de
Agronomia e Biologia de uma ou mais Universidades, e mesmo por programas conjuntos
de várias entidades de pesquisa.
Determine seguidamente qual a área a ser plantada ou qual a área já em produção.
Na hidroponia, neste ponto há duas considerações a fazer.
No caso de folhosas e temperos, geralmente em sistemas NFT, considere a área das
bancadas.
No caso de frutíferas, como tomateiros, pepineiros e morangueiros em sistema vertical
seja ele o NFT ou de irrigação por gotejamento, considere dois cálculos de área, a saber:
A área formada pelos comprimentos das fileiras de plantas multiplicada pela altura média
das plantas e multiplicada por dois, visto que a iluminação deverá ser lateral, e nos dois
lados das plantas, ou a área projetada de cada fileira de plantas no estágio de formação
de mudas ou de crescimento vegetativo.
Posto isto, selecione agora o tipo ou conjunto de tipos de lâmpadas que irá utilizar.
Se utilizar lâmpadas de incandescência, do Tipo MH ou do tipo HPS, estas necessitam
ficar a grande distância das plantas, geralmente junto à estrutura dos arcos das estufas, e
provistas de refletores.
Neste caso, provàvelmente sua estufa necessitará ventilação zenital.
As lâmpadas fluorescentes podem ficar a aproximadamente um metro de distância das
plantas, e também provistas de refletores.
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Já as lâmpadas LED, conforme o conjunto de lâmpadas utilizado, podem ficar de 30 a 60
cm distantes das plantas, e não necessitam de refletores, pois êstes já vêm embutidos
nos diodos.
Determinada a distância entre lâmpadas e plantas, determine as perdas de luz em função
desta distância.
Os fabricantes de lâmpadas obrigatoriamente têm que fornecer o diagrama do Cone de
Luz de cada lâmpada ou conjunto de lâmpadas, bem como o gráfico do espectro luminoso
das mesmas.
Determine agora quantas lâmpadas necessita utilizar por unidade de área plantada.
Se a sua opção for pela utilização de lâmpadas LED, o que no momento atual é o mais
recomendado, devemos considerar outros detalhes.
Os fabricantes dessas lâmpadas, já fornecem conjuntos montados das mesmas, seja nos
formatos de “spots” rosqueáveis, circulares, retangulares ou em forma de barras, sendo
que estas ultimas podem ser com lâmpadas em um só lado (single face bars), ou em dois
lados, para iluminação de frutíferas (double face bars), e ainda em forma de fitas flexíveis.
Esses conjuntos também já são fornecidos com determinados balanceamentos de côres
conforme as plantas a iluminar, e em vários PPFD pré- estabelecidos.
Fig. 36 – Lâmpada LED tipo “spot” com dissipador de calôr
Cortesia de Shenzhen Ohmax Optoelectronic Lighting Co., Ltd.
Para concretizar melhor o descrito, nas figuras de Fig. 36 até à Fig. 42 poderá o leitor ver
imagens de uma série de conjuntos ou luminárias de lâmpadas LED de vários tipos, além
dos espectros luminosos de algumas delas.
Notem que todas as lâmpadas mostradas até aqui, estão energizadas, e irradiam uma
coloração violácea ou ciclâmen, devido à mistura das cores azul e vermelha.
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Os ventiladores citados na legenda da Fig. 38 são parte integrante da mesma, e estão
embutidos na parte trazeira da lâmpada.
Fig. 37 – Lâmpada LED circular com dissipador de calôr
Cortesia de Shenzhen Ohmax Optoelectronic Lighting Co., Ltd.
Fig. 38 – Lâmpada LED retangular com dissipador de calôr por ventiladores embutidos
Cortesia de Shenzhen Ohmax Optoelectronic Lighting Co., Ltd.
A Fig. 39, mostra-nos o espectro luminoso da lâmpada em questão.
Notem a predominância das cores vermelho e azul.
A Fig. 40 mostra uma lâmpada em barra, de face simples (single face).
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Fig. 39 – Espectro luminoso da lâmpada da Fig. 38
Cortesia de Shenzhen Ohmax Optoelectronic Lighting Co., Ltd.
Fig. 40 – Lâmpada LED tipo barra de face simples
Cortesia de Shenzhen Ohmax Optoelectronic Lighting Co., Ltd.
O dissipador de calôr é a própria estrutura da lâmpada, confeccionado em liga de Alumínio.
Notem as lâmpadas miniatura que a compõem numa mescla de cores vermelha, azul,
âmbar e branca.
Êste fabricante tem sua própria instalação de pesquisa com sistema hidroponico NFT aperfeiçoado por nós, e é apoiado pelos Departamentos de Agronomia e Departamento de
Biologia da Universidade de Shenzhen na China.
Vejam agora na Fig. 41, um tipo de lâmpada similar, também utilizando a própria estrutura
em liga de Alumínio para dissipação, porém com lâmpadas miniatura nas duas faces da
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estrutura (double face lamp).
Fig. 41 – Lâmpada LED tipo barra de face dupla
Cortesia de Shenzhen Ohmax Optoelectronic Lighting Co., Ltd.
Êste tipo de lâmpada é recomendado para iluminação de frutíferas, como tomateiros, pepineiros e morangueiros em cultivo vertical.
A Fig. 42, nos mostra o espectro luminoso desta lâmpada.
Notem no mesmo também, a predominância das cores azul e vermelho.
Selecionado o tipo de lâmpada LED que vai utilizar, o leitor deverá considerar a distância
entre as lâmpadas e as plantas, como já dissemos atrás, que neste caso são bem pequenas.
Corrija então as quantidades de lâmpadas a utilizar, adquira as lâmpadas e instale-as
Adquirir as lâmpadas LED para agricultura no comércio, especialmente no Brasil, não vai
ser fácil, e quase certamente impossível, e assim, provàvelmente terá que importá-las, o
que hoje é fácil, especialmente da China pois já passamos por essa experiência.
Além disso, já verificamos que os atendentes em lojas e mesmo os departamentos de
vendas internos das mesmas, não possuem nenhum “staff” de vendedores qualificados
para a venda de lâmpadas para iluminação agrícola.
IMAGENS DE INSTALAÇÕES
Nosso leitor poderá apreciar nas figuras de Fig. 43 até à Fig. 54, as imagens de várias
instalações utilizando os sistemas de iluminação artificial aqui descritos.
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Fig. 42 – Espectro luminoso da lâmpada da Fig. 41
Cortesia de Shenzhen Ohmax Optoelectronic Lighting Co., Ltd.
Fig. 43 – Alface sob lâmpadas LED azul e vermelha com predominância da côr vermelha
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Fig. 44 – Alfaces em sistema NFT vertical sob lâmpadas fluorescentes
Fig. 45 – Alfaces sob lâmpadas fluorescentes
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Fig. 46 – Alfaces sob lâmpadas fluorescentes em bancadas sobrepostas
Fig. 47 – Alfaces sob lâmpadas fluorescentes
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Fig. 48 – Alfaces sob lâmpadas HPS
Fig. 49 – Alfaces sob lâmpadas LED azul vermelho e branco
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Fig. 50 – Alfaces sob lâmpadas HPS e LPS
Fig. 51 – Alfaces sob LEDs vermelho e azul
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Fig. 52 – Iluminação complementar de alfaces com lâmpadas LED
Fig. 53 – Tomateiros com iluminação entre fileiras de plantas
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Fig. 54 – Trigo sob lâmpadas LED
FINALIZANDO
Acreditamos que com êste texto atingimos nosso objetivo, que foi o de informá-los da melhor e mais compreensível forma possível.
Como dissémos no início, foi um texto cansativo e muitas vezes repetitivo, repetitividade
essa intencional.
Quando ao nosso leitor, a partir de agora, falar em iluminação artificial na Hidroponia, estamos certos que o fará com bom conhecimento de causa, e terá elementos para questionar quem se propuser a fornecer-lhes lâmpadas ou sistemas de iluminação para suas
plantas.
As informações que aqui fornecemos não são exclusivas de nosso conhecimento adquirido por pesquisas e experimentos próprios.
Muitas podem ser encontradas de forma esparsa em vários tipos de literatura.
O que fizemos foi uma tentativa de reunir essas informações num único texto, e respeitosamente, além de imbuídos das melhores intenções, transmiti-las ao nosso leitor.
Não queremos caro leitor, que suas informações fiquem por aqui.
Pesquise, estude, questione e..... aprenda, pois “o saber não ocupa lugar”, e sempre agirá
em seu benefício bem como em benefício da humanidade.
Pedimos aqui licença ao nosso leitor para agradecer à empresa Shenzhen Ohmax Optoe74
lectronic Lighting Co.,Ltd., e à sua parceira Universidade de Shenzhen, com quem temos
trabalhado há alguns anos com troca de informações técnicas sôbre Hidroponia e sistemas hidroponicos, bem como sôbre iluminação agrícola artificial.
Queremos também agradecer encarecidamente ao Físico Dr. Daniel Corovtchenco, pelo
seu trabalho de revisão das partes de Física Teórica embutidas neste texto.
E finalmente, caro leitor, obrigado pela sua paciência em ler nossas palavras.
Autor - Raul Vergueiro Martins
[email protected]
www.hydor.eng.br
Skype - martins.raul
NOTA – Artigo com direitos autorais registrados no Ministério da Cultura – Fundação BIBLIOTECA NACIONAL – Escritório de Direitos Autorais – sob o n° 635.748
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