LUXOMETRÍA

XI Región-Chile.

I�DICE

Objetivo / Descripción…………………………………………………………… 1

Introducción……………………………………………………………………… 2-10

Resultados ……………………………………………………………………….. 11-18

Discusión………………………………………………………………………….19

OBJETIVO

Obtener mediciones luxo métricas comparativas, utilizando dos modelos de equipos de

iluminación para foto período, LSM-2400 y LSM-2000. Bajo condiciones ambientales y de cultivo

reales.

DESCRIPCIÓ�

El 9 de Febrero se procedió a instalar dos equipos de iluminación para foto periodo, de

diferentes modelos, en la jaula Nº 1. Luego con una conexión eléctrica monofásica provisoria se

dejaron operativos ambos equipos, es decir, listos para ser encendidos cada uno en forma

independiente o ambos a la vez.

La medición luxo métrica se realizó durante la noche, para evitar obtener registros

abultados, producto de la iluminación natural. Esta medición consistió en registrar, lux en diferentes

puntos de la jaula y a diferentes profundidades en el mismo punto, considerando también cada

equipo encendido en forma independiente o ambos a la vez.

Lugar: XI región.

Centro:

Responsable

del Centro:

Día: 10 de Febrero 2008

Hora: 22:30 a 01:00 a.m.

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I�TRODUCCIÓ�

La luz (del latín lux, lucis) como onda electromagnética, compuesta por partículas

energizadas llamadas fotones, es capaz de ser percibida por los seres vivos y su frecuencia o energía

determina su color. La luz visible forma parte de una estrecha franja que va desde longitudes de

onda de 380 nm (violeta) hasta los 780 nm (rojo). Los colores del espectro se ordenan como en el

arco iris, formando el llamado espectro visible.

Si vemos la luz como un conjunto de ondas cada una con diferentes longitudes estas se

comportaran de forma diferente en el aire y en el agua, debido a que los colores que componen el

espectro visible varían de acuerdo a su longitud de onda. Las longitudes de onda más amplias

corresponden a los colores rojos seguidos del naranja, amarillo, verdes, azules, índigos y violetas.

Cuando la luz atraviesa el agua algo de su energía es absorbida y las longitudes de onda mas largas

se pierden rápidamente en los primeros metros por ejemplo el rojo se absorbe completamente a los

15-20 pies, el naranjo a los 30-40 pies, el amarillo a los 60-70 pies mientras que el verde y el azul

son los que alcanzan mayores profundidades.

Por otro lado la luz posee características físicas como por ejemplo al pasar de un medio a

otro distinto, cambia de velocidad y trayectoria a esto se denomina refracción, como por ejemplo la

luz que ilumina una unidad productiva de peces. También se puede observar el fenómeno de

reflexión el cual se genera cuando la luz impacta una superficie.

Para estudiar las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones recurrimos a

la luminotecnia, ciencia en la cual está apoyado el presente informe.

La luz al llegar a la retina de los peces, induce reacciones fotoquímicas, que generan

impulsos o señales nerviosas que se dirigen al cerebro, produciéndonos la sensación de colores.

Como en el ser humano, la retina de los peces contiene dos tipos de células (bastones y conos). Los

conos son usados para la visión de día y son usadas para ver colores. Los bastones son usados para

la visión nocturna y no pueden distinguir colores sin embargo estas células pueden distinguir

cambios de intensidad de luz.

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En el caso de los salmónidos, estos pueden ver todos los colores pero sus ojos son mas

sensibles al color verde del espectro luminoso, para el caso particular de las truchas estas pueden

discriminar mejor en la región del azul. (Lynn Frederick, 1998 Drawing from Wisconsin

Department of #atural Resources).

Los peces responden fisiológicamente a cambios medioambientales como la temperatura del

agua, la disponibilidad de alimento y la luz. Este último factor ha sido manipulado por la industria

salmonera, utilizando iluminación artificial. Avalado por estudios realizados en poblaciones

cultivadas, se ha logrados establecer que la intensidad de la luz actúa directamente sobre el

crecimiento y la maduración sexual (Oppedal F. G. L. Taranger, J.E. Juell, J.E. Fosseidengen, T.

Hansen. Aquat. Living Resour., 1997, 10, 351-357). Los ojos y la glándula pineal son los

encargados de recibir esta señal luminosa, esta última gracias a su ubicación en el cráneo y el hecho

de ser traslucida y tapizada con células fotorreceptoras esta diseñada para esta función, esta

glándula recibe el nombre común de reloj circadiano, conectando el medio ambiente con las

respuestas fisiológicas de los peces. (I.K. Berril, Porter, Smart, Mitchell and Bromage,

Photoperiodic effects on precocious maturation, growth and smoltification in Atlantic salmon,

Salmo salar, Aquaculture 222 (2003) 239-252).

Existen cuatro factores lumínicos que influyen en los resultados productivos en una

población de peces cultivada que son ubicación de la fuente luminosa, calidad de luz, intensidad

luminosa y fotoperiodo, siendo las tres primeras referentes al equipo de iluminación. En cuanto a la

ubicación, la superior es la que mejores resultados entrega en relación a la supresión en la

circulación de melatonina plasmática. (Journal Pineal Research, 2002 jan, 34-40). Dicha hormona

participa como modulador del ritmo circadiano en peces, es decir aumenta a nivel sanguíneo en

presencia de oscuridad y disminuye en presencia de luz, mediante el uso de luz constante se logra

retrasar el proceso normal de maduración sexual y aumentar el crecimiento somático. (Melatonin

rhythms in Atlantic salmon (Salmo salar) maintained under natural and out-of-phase photoperiods.

General and Comparative Endocrinology 1995 Apr; 98(1):73-86.) Con estos antecedentes se

abordara a continuación el funcionamiento de diferentes fuentes luminosas e indicando finalmente

la mejor alternativa para iluminación artificial simulando la mas fielmente la luz solar.

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Todas las fuentes de luz artificial implican la conversión de alguna forma de energía en radiación

electromagnética. Considerada esta conversión como un proceso físico a nivel atómico, la

excitación y subsiguiente desexitación de átomos o moléculas es el proceso más empleado para a

generación de luz en las fuentes artificiales.

La radiación luminosa es producida por incandescencia y luminiscencia. Está última, a su

vez se puede dividir en descarga de gases y electroluminiscencia.

En el caso de la incandescencia, esta se adquiere cuando un cuerpo adquiere una

temperatura determinada, en donde sus átomos sufren choques que los llevan a estados excitados,

con la subsiguiente desexitación y producción de radiación de un espectro continuo. La

incandescencia en una ampolleta de filamento es causada por el movimiento de electrones libres a

través de una apretada red de átomos o iones (átomos que han perdido un electrón, quedando

cargados positivamente) que, salvo por las vibraciones térmicas, están inmóviles. Los conductores

metálicos contienen aproximadamente tantos electrones libres como átomos o iones fijos, de lo que

se deriva su alta conductividad eléctrica. Si bien las moléculas de sólidos o gases están en constante

movimiento a temperaturas por arriba del cero absoluto y su movimiento es en función de la

temperatura, la emisión en el rango visible del espectro electromagnético comienza a temperaturas

mayores de 600 ° C. El efecto directo del pasaje de una corriente eléctrica a través de un conductor

es el calentamiento de este, de manera que si el calentamiento es suficiente para excitar los átomos

se produce la emisión en el rango visible.

En el caso de la Luminiscencia, se denomina como el proceso en el cual la energía es

absorbida por la materia y luego reemitida en forma de fotones. Dentro del fenómeno de

luminiscencia puede ocurrir que la emisión ocurra casi inmediatamente a la excitación, como es el

caso de la Fluorescencia, mientras que cuando hay un retardo entre estos dos procesos, excitación y

emisión, se llama Fosforescencia.

La emisión de la luz se produce por la excitación de los electrones de valencia de un átomo,

tanto en estado gaseoso como en un sólido cristalino o molécula orgánica. En el primer caso, se

emiten líneas espectrales, como las de mercurio o sodio, mientras que en el segundo caso se emiten

bandas angostas que usualmente se encuentran en la región visible, contrastando con el espectro de

radiación continuo de una fuente incandescente.

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Para el caso de la Descarga de Gases son usualmente más eficientes que la incandescencia

para producir radiación luminosa, ya que en este último caso la radiación se logra con filamentos

sólidos a altas temperaturas y con subsecuentes pérdidas de energía en el infrarrojo, mientras que en

las primeras se logra una emisión más selectiva.

El principio de funcionamiento radica en que un gas cualquiera confinado en un espacio o

tubo de descarga con dos electrodos, se aplica un campo eléctrico, y, dado que dentro del gas

normalmente no se encuentran electrones libres, la conducción solo puede tener lugar si se ionizan

los átomos del gas, obteniéndose electrones e iones positivos. Este flujo de iones y electrones a

través del gas se llama descarga, la que los electrones se desplazan hacia el ánodo y los iones hacia

el cátodo.

Las propiedades de una descarga en gases cambian principalmente con el tipo y presión del

gas o mezcla de gases, el material del electrodo, la temperatura de trabajo de los mismos, la forma y

estructura de su superficie, la separación entre ellos y la geometría del tubo de descarga.

La luz artificial obtenida por Descarga de Gases se subdivide en Descarga de un Gas a Baja Presión,

que es el caso de los tubos fluorescentes que contienen una mezcla de gas de mercurio y argón a

baja presión y Descarga de Gas a Alta Presión en donde la presión del gas aumenta gradualmente y

ocurren los siguientes cambios:

La temperatura del gas aumenta gradualmente debido a la transferencia de energía por el

incremento de choques de sus átomos con los electrones energéticos, y la energía media del electrón

se reduce también gradualmente, hasta alcanzar un equilibrio (4000 ° K a 6000 ° K) con los átomos

de gas. A estas temperaturas los electrones tienen suficiente energía para ionizar al gas.

La mayor temperatura se localiza en el centro de la descarga generando un gradiente de

temperatura hacia las paredes, por lo que la mayoría de la radiación es generada en el centro.

Las altas temperaturas favorecen la excitación y la ionización. Los electrodos son mas

robustos que en la descarga de baja presión y son indefectiblemente auto calentados por bombardeo

de iones. La emisión de electrones se logra mediante efecto termoiónico.

Debido a que el flujo radiante por unidad de superficie de arco (arco eléctrico

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generado entre los electrodos) es mucho mas elevado, una ampolleta de descarga de alta presión

puede ser menor en tamaño en comparación a otra de baja presión, aunque la diferencia mas

importante es la composición espectral de la radiación emitida. En este sentido cuando la descarga

se produce en un gas a baja presión el espectro esta formado por líneas de emisión angostas entre

las que sobresalen las líneas de resonancia emitidas por el elemento con potencial de excitación mas

bajo. Al aumentar la presión, el número de líneas se incrementa, debido a la excitación de los

niveles mas elevados y a que las transiciones entre niveles meta estables se hacen más prominentes.

De esta manera las líneas se ensanchan convirtiéndose en bandas y apareciendo de esta manera un

débil espectro continuo, de tal modo que cuando la presión es muy elevada el espectro es casi

continuo. Gracias a estas bandas de emisión las ampolletas de descarga de alta presión

poseen mejor rendimiento de color y eficacia luminosa.

Características Generales de las Fuentes Luminosas

Estas características se dividen en cuatro grupos Fotométricas, Colorimétricas, Eléctricas y

Duración.

Características Fotométricas

- Flujo Luminoso (A): Energía que emite una fuente luminosa por unidad de tiempo, esta expresado

en lúmenes (Lm)

- Intensidad Luminosa (I): Cantidad de flujo luminoso, propagándose en una dirección dada que

incide en una superficie por unidad de ángulo sólido, esta expresado en candelas (cd).

- Eficacia Luminosa (B): Se define como la relación entre el flujo luminoso de una fuente de luz y

la potencia suministrada a ella, esta expresado en (Lm/watt)

- Iluminancia (E): Flujo luminoso que incide en una superficie expresado en Luxes (Lx)

- Luminancia (sb): Relación entre intensidad luminosa y superficie, expresado en stilb o nit (sb o nt)

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Características Colorimétricas

- Índice de Reproducción Cromática (IRC): La luz artificial debe procurar una percepción del color

adecuada. La capacidad de una fuente de luz para reproducir los colores se mide con el IRC. Dicho

valor se determina iluminando un conjunto de ocho colores de muestra establecidos por la norma

DIN 6169 con una luz de referencia y la que se analiza, valorando de 0 a 100 la reproducción

cromática de cada muestra. Si los colores obtenidos con la fuente de luz son idénticos cae en el

rango de 100.

- Temperatura de Color (K): El efecto cromático que emite la luz a través de fuente luminosa

depende de su temperatura. Si la temperatura es baja, se intensifica la cantidad de amarillo y rojo

contenida en la luz, pero si la temperatura de color se mantiene alta habrá mayor número de

radiaciones azules.

Con la finalidad de mejorar la eficacia en la emisión de luz se adicionan sólidos metálicos en el gas

de relleno (halogenuros metálicos) de las ampolletas de descarga a alta presión.

Características Eléctricas

Una de las diferencias fundamentales entre las fuentes incandescentes y las de descarga es que las

primeras tienen una resistencia eléctrica positiva (ley de ohm) pero con las de descarga ocurre en

general lo contrario, debido a que durante la descarga cada electrón libera nuevos electrones.

Precisamente la compensación de este efecto obliga al uso de balastos (ballast) en el

funcionamiento de estas fuentes luminosas.

- Arranque: Cuando una lámpara de descarga esta desconectada, la resistencia interna del tubo

de descarga es demasiado alta como para que la lámpara arranque con la tensión nominal de la red.

Esto se resuelve con la incorporación de un electrodo auxiliar.

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- Periodo de Encendido: En lámparas de descarga los elementos emisores se encuentran en

estados sólidos o líquidos cuando la lámpara esta fría. En estas condiciones, la tensión del vapor es

insuficiente para su encendido. Este es el caso de las lámparas de mercurio, sodio y halogenuros

metálicos. El encendido de estas lámparas se logra mediante un gas auxiliar que se caracteriza por

tener una tensión

de ruptura muy baja.

- Reencendido: En lámparas de descarga de alta presión, la presión del gas del tubo es mas

alta cuando la lámpara esta funcionando que cuando esta fría o apagada. Si se la apaga, los

electrones libres en la descarga desapareces casi inmediatamente pero la presión del gas se mantiene

hasta que la lámpara se enfría, proceso que puede llevar algunos minutos. Dado que la resistencia de

un gas no ionizado aumenta gradualmente con la presión, la tensión de pico del arrancador puede

ser insuficiente para reencender la lámpara caliente.

Lámpara de Descarga Mercurio Halogenado Alta Presión

Las lámparas utilizadas en nuestros equipos contienen halogenuros metálicos de cloro e yodo,

además del Mercurio y una mezcla de Argón para el encendido. Cuando la lámpara alcanza su

temperatura de funcionamiento estos halogenuros metálicos se vaporizan parcialmente disociándose

en halógenos e iones metálicos.

Las lámparas poseen los siguientes componentes:

- Tubo de descarga: El tubo de descarga es de cuarzo puro con transmitancia constante y no

selectiva. El tubo del arco tiene un recubrimiento blanco en las puntas para incrementar la

vaporización del halogenuro metálico. Gas de Relleno: La mezcla de gases que se usa para el

encendido consiste, generalmente en neón-argón o kriptón-argón con una presión en frío de 4000 a

5000 Pa.

A esta mezcla se le suman los halogenuros metálicos y el mercurio de modo que cada

combinación empleada da como resultado lámparas con características cromáticas y de eficacia

muy diferentes.

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- Electrodos: Se utiliza el oxido de torio como emisor y criptón para facilitar el encendido.

Características de funcionamiento

- Eficacia luminosa: La eficacia puede ir desde 80 a 108 lm/W dependiendo de la potencia.

- Características Cromáticas: Determinados colores pueden obtenerse agregando elementos

tales como sodio para el naranja, tulio para el verde, indio para el azul y hierro para el u.v.

- El índice de rendimiento de color oscila entre 75 a 90, con un espectro de emisión casi

continuo.

Luminaria Lámpara Descarga Mercurio Halogenado Alta Presión

Marca OSRAM mod. HQI-T (D) (Con Halogenuros Metálicos)

Potencia 400 Watt

Flujo Luminoso 32000 Lúmenes

Temperatura Color 5200 ° Kelvin

IRC 1A (90 a 100)

Tono de Luz Día (D)

O luminoso 80 Lúmenes/watt

Luminancia Media 1400 cd/cm2

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Equipo Auxiliar Exterior Modelo Box-400

Marca Lumenac

Tipo Luxometro Submarino

Marca Sinometer

Modelo Lx1010B Digital Luxmeter

Resolución 1 Lux

Rango 2000/20000/50000 Lux

Exactitud ± 4 – 5 %

IP 68

Batería 9 v 6F22

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RESULTADOS

Modelo LSM-2400

Mts. 15 0 15 Lux 1 0 109 0 2 0 115 0 3 0 121 0 4 0 118 0 5 1 106 1 6 1 96 1 7 1 91 1 8 2 86 2 9 3 83 3 10 0 81 0 11 0 71 0 12 0 52 0 13 43 14 17 15 15 16 8 17 3 18 1

Modelo LSM-2000

Mts. 15 0 15 Lux 1 0 42 0 2 0 49 0 3 0 20 0 4 0 4 0 5 0 4 0 6 1 3 1 7 0 2 0 8 0 1 0 9 1 1 1 10 0 1 0 11 0 1 0 12 0 1 0 13 1 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0

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Modelo LSM-2400

Mts. 15 7,5 0 7,5 15 Lux 1 0 1 109 1 0 2 1 2 115 2 1 3 1 3 121 3 1 4 1 3 134 3 1 5 1 4 119 4 1 6 1 3 154 3 1 7 1 2 170 2 1 8 2 2 121 2 2 9 3 2 104 2 3 10 1 1 81 1 1 11 1 1 71 1 1 12 1 1 52 1 1 13 43 14 17 15 15 16 8 17 3 18 1

Modelo LSM-2000

Mts. 15 7,5 0 7,5 15 Lux 1 0 0 42 0 0 2 0 0 49 0 0 3 0 1 20 1 0 4 0 1 8 1 0 5 0 2 6 2 0 6 1 1 8 1 1 7 0 1 3 1 0 8 0 1 2 1 0 9 1 0 2 0 1 10 0 0 2 0 0 11 0 0 2 0 0 12 0 1 1 1 0 13 1 14 1 15 1 16 0 17 0 18 0

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Fig. 1 Gráfica isolux equipo LSM-2400 y LSM-2000

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Fig. 2 Registros luxo métricos bajo el equipo LSM-2400 a diferentes profundidades

Fig. 3 Registros luxo métricos bajo el equipo y a 15 metros del equipo LSM-2400

(capa perimetral), a diferentes profundidades

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Fig. 4 Registros luxo métricos bajo el equipo LSM-2000 a diferentes profundidades

Fig. 5 Registros luxo métricos bajo el equipo y a 15 metros del equipo LSM-2000

(capa perimetral), a diferentes profundidades

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Fig. 6 Registros luxo métricos entre los equipos a diferentes profundidades

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Fig. 7 Registros luxo métricos bajo ambos equipos.

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Fig. 8 Registros luxo métricos bajo el equipo y a 7,5 metros de los equipos LSM-2400 y LSM-2000 (capa perimetral), a diferentes profundidades.

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DISCUCIÓ�

Figura 1 muestra los equipos ubicados en la unidad productiva equidistantes uno del otro y

la diferencia luxo métrica gradual a medida, que se aleja de las fuentes luminosas en forma

horizontal. Sin embargo se observa al centro de la gráfica, un aumento de luminosidad gracias a la

sumatoria de luminancias.

Figuras 2, 3 muestran el equipo LSM-2400 y los datos luxo métricos en forma vertical, así

como en su capa perimetral a 15 metros del equipo. Lo mismo ocurre en las figuras 4 y 5 para el

equipo LSM-2000.

Figura 6 y 7 muestra como se potencian ambos equipos, tanto al centro como bajo ellos, a

partir de lo cuatro metros de profundidad. Dado por la sumatoria de luminancias, a pesar de que son

modelos diferentes.

Figura 8 muestra la tercera capa luxo métrica, distante 7,5 metros de ambos equipos, con

diferencias luxo métricas entre los 6 y 10 metros. Esto puede mejorar con el apoyo de las otras

jaulas con equipos encendidos.

Se obtiene una ventaja al usar dos equipos por jaula, ya que se potencian a partir de cierta

profundidad, ayudado tanto por ampolletas laterales como centrales inferiores. Sin embargo el

equipo de menor potencia incide en un grado menor sobre el otro equipo, no así, si fuesen de igual

modelo. Desde el punto de vista de cada equipo en particular, la ventaja que entrega el equipo

LSM-2400 sobre el LSM-2000, se aprecia en los valores registrados bajo ellos (vertical). Esto

asegura una óptima iluminación a máximas profundidades.

Finalmente los registros luxo métricos, muestran como se comporta la luz al tratar de

penetrar el medio acuoso y su vez como es frenado a su paso, por la micro fauna en suspensión.

Este factor es una de los más importantes a la hora de tomar una decisión, en cuanto al modelo y

cuantos equipos utilizar, por unidad productiva.

Recomendamos hacer una prueba en dos jaulas e instalar dos equipos LSM-2400 en cada

una de ellas. El costo de estos dos equipos adicionales, incluida su instalación eléctrica, será

asumido por SurLux. Esto con la finalidad de establecer con precisión la incidencia que tiene las

variaciones de transparencia del agua (anual) sobre el crecimiento de la población, en ambos

casos.

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