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La gestione della luce PDF Stampa E-mail
Domenica 27 Dicembre 2009 10:33
L'ILLUMINAZIONE

Per meglio definire l’importanza dell’illuminazione nel processo produttivo vengono di seguito analizzate le caratteristiche tecniche che definiscono un apparato d’illuminazione finalizzato alla coltivazione di microrganismi fotosintetici e gli elementi fisici (la temperatura di colore, le misurazioni qualitative e quantitative della irradiazione luminosa ecc.)  che concorrono a rendere efficiente un apparato d’illuminazione e a misurare le caratteristiche tecniche.

 

LE LAMPADE

Le lampade da 58W ad alta efficienza presentano un’emissione di circa 5000 Lumen, equivalenti all’emissione di 5 lampadine tradizionali da 60W ad incandescenza. I connettori con doppio o-ring garantiscono un’ottima protezione contro gli schizzi d’acqua.
L’alimentazione delle lampade è assicurata da 6 reattori elettronici ad alta frequenza che raddoppiano la vita delle lampade assicurando una perfetta stabilità dell’emissione luminosa priva di effetto flickering, retaggio delle vecchie lampade al neon alimentate con trasformatori elettrici.
La foto-emissione sopra decritta si riferisce all’irraggiamento tipico di una lampada a luce gialla, 2700° kelvin. La misurazione della luce emessa in Lumen non deve trarre in inganno lo sperimentatore. Ciò che conta non è  la quantità di luce emessa in Lumen, riferita alle necessità dell’occhio umano ma lo spettro di emissione relativo o PAR (Photosynthetic Active Radiation), l’efficienza totale ed il rapporto luce rossa/luce blu.

LA LINEARITÀ

Le lampade esistono in varie gradazioni di linearità. Normalmente queste grandezze vengono espresse in CRI come vedremo più avanti, ma in ambito commerciale vengono espresse in gradi, partendo dal valore 7. Contrariamente a quanto si possa pensare le lampade in genere sono molto lontane dal fornire una luce costante su tutto lo spettro luminoso. In realtà lampade trifosfori e pentafosfori possono produrre un’illuminazione di gran lunga migliore rispetto alle tradizionali lampade ad incandescenza, ma restano comunque fonti di luce artificiale. Non si deve però trarre un’errata conclusione. Una lampada con basso grado di linearità potrebbe dare risultati migliori rispetto ad una lampada più lineare. Ricordiamoci che la classificazione adottata si riferisce a come “vede” l’essere umano. Il mondo vegetale non “vede” la luce allo stesso modo. Tornando alla classificazione, citiamo di seguito i valori più utilizzati:

- linearità bassa (trifosfori) con grado 7 (pochi picchi e molte gole)
- linearità media (pentafosfori) con grado 8 (molti picchi e poche gole)
- linearità alta (pentafosfori) con grado 9 (quasi lineare con assenza di gole), la più simile alla luce naturale.

 

IL CALORE DELLA LUCE

Il calore della luce espresso in gradi kelvin rappresenta la dominante dello spettro luminoso emesso dalla lampada. Citiamo di seguito gli esempi più conosciuti:
- 2700° k, dominate gialla
- 4000° k, luce bianca delle vecchie lampade al neon
- 5600° k, daylight
- 6500° k, daylight tendente all’azzurro
- 10000° k, skylight, luce azzurra
Fondamentale la presenza di uno schermo uv per la riduzione dei raggi ultra-violetti che danneggerebbero la struttura molecolare delle cellule.

LA MISURAZIONE DELLA LUCE

Non c’è molta chiarezza nell’utilizzo di queste grandezze che svolgono un ruolo importantissimo nella scelta della lampada da utilizzare negli esperimenti. Per questo motivo approfondiremo alcuni aspetti del problema elencando terminologie e criteri di valutazione della luce artificiale.

 

IL LUMEN

Quando si parla di illuminazione artificiale ci si riferisce normalmente a lampade che operano all’interno dello spettro di sensibilità dell’occhio umano. Per misurare l’emissione o flusso luminoso si utilizzano i Lumen. I Lumen non misurano l’energia totale emessa da una lampada, bensì soltanto l’energia emessa nello spettro visibile. La curva che descrive l’area di sensibilità dell’occhio umano si chiama curva foto topica ed è una campana centrata sulla lunghezza d’onda di 550 nm, ovvero la regione dello spettro relativa alla luce verde, che decresce rapidamente all’aumentare della lunghezza d’onda (verso il rosso) e altrettanto al diminuire della lunghezza d’onda (verso il blu).
La diretta conseguenza di questa situazione fa si che lampade che presentano uguale emissione totale possano avere un valore in lumen totalmente differente, a seconda dell’emissione più o meno centrata nella zona del verde (550nm)

 

IL LUX

Un’altra unità di misura della luce è il Lux. Il Lux misura l’illuminazione non il flusso luminoso. Il flusso luminoso è riferito alla quantità di luce che lascia la lampada. L’illuminazione è la quantità di luce che raggiunge la superficie illuminata. Il rapporto tra Lux e Lumen è: Lux = Lumen /m2.
Non è possibile stabilire una misurazione assoluta del Lux perché si deve tenere in conto  ciò che circonda la lampada, come ad esempio la presenza di eventuali riflettori, la distanza dalla fonte, ecc…
Altre unità di misura legate all’illuminazione sono: la temperatura di colore e l’indice di rendimento del colore.

 

LA TEMPERATURA DEL COLORE

Il termine deriva dal fatto che lo spettro luminoso emesso da un corpo nero presenta un picco di emissione determinato in base alla legge di Wien esclusivamente in base alla sua temperatura, ovvero la temperatura che un corpo elettromagnetico perfetto (corpo nero) dovrebbe avere per emettere quella luce che ci interessa. Temperature di colore alte significano colri tendenti al blu, temperature di colore basse significano colori tendenti al rosso. La temperatura di colore si esprime in gradi Kelvin (° k) dal nome fisico Lord Kelvin, e misura la temperatura partendo dallo 0 assoluto (-273 ° C)

 

IL CRI

Il CRI (Color Renderig Index) misura l’indice di rendimento del colore di un oggetto illuminato. In sostanza il CRI misura quanto un oggetto illuminato da una sorgente di luce artificiale mostra i colori che dovrebbe avere se illuminato dalla luce naturale. Una luce perfetta ha un indice di 100. Man mano che la qualità della resa dei colori si allontana da questo valore minore sarà il valore di CRI.

 

L’EFFICIENZA DELLA LUCE

Sulla scorta di quanto detto in precedenza, risulta evidente che la maggior parte delle unità di misura collegate al rilevamento della quantità o della qualità della luce sono strettamente legate alle esigenze dell’essere umano.
Il processo di fotosintesi invece presenta una maggiore efficienza in presenza di uno spettro luminoso concentrato nell’area del rosso e del blu, mentre è relativamente assente nell’area del verde. La curva risultante, in funzione dell’efficienza del processo di fotosintesi è detto PAS (Photosynthesis Action Spectrum). Questa curva rappresenta l’esatto equivalente della curva fototopica nell’ambito della fotosintesi. Questa curva mostra tipicamente un doppio picco, il primo nell’area del blu (420 nm), il secondo nell’area del rosso (670 nm), ed una gola in corrispondenza del verde (550 nm). La curva decade velocemente sotto i 400 nm e sopra i 700 nm. Ciò che importa sottolineare è che a differenza dello spettro della sensibilità riferito alla vista umana, che presenta un solo forte picco, la fotosintesi mostra una sensibilità dispersa su uno spettro più ampio, con una minor dipendenza da una singola e ristretta regione dello spettro luminoso. Questo spiega il motivo per cui molte lampade, studiate per aumentare l’efficienza della radiazione nelle regioni dello spettro luminoso relative alla fotosintesi, sembrino alla nostra vista poco luminose e di conseguenza mostrino un basso valore in Lumen.

 

PAR

L’unità di misura standard che permette di valutare l’emissione di una lampada nelle regioni dello spettro relative alla fotosintesi è la PAR (Photosynthetic Active Radiation). Contrariamente a quanto succede per i Lumen, il PAR non è una misura “pesata”. Infatti la PAR misura il egual modo tutta l’energia emessa nella regione che parte da 400nm fino a 700 nm. Si esprime in “numero di fotoni per secondo” la cui relazione con “l’energia per secondo” (la potenza) è in funzione dello spettro luminoso emesso. La ragione per cui la PAR si misura in numero di fotoni invece che in unità di energia sta nel fatto che la fotosintesi ha luogo quando un fotone colpisce la foglia indipendentemente dalla sua lunghezza d’onda. Per convenienza il numero di fotoni è normalmente riportato in letteratura espresso in micromoli o in microEinstain. Un microEinstein è l’equivalente di 6.02 x 1017 fotoni.
Purtroppo in ambito commerciale esistono pochissime informazioni di questa portata.

 

 

 

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