Kit de LEDs para horticultura
Renato Paiotti
Este kit de desenvolvimento da Würth Elektronik visa atender dois segmentos de mercado, o primeiro para o mercado de iluminação utilizando LEDs comuns, e o segundo para o mercado agro que visa a utilização de LEDs especiais. Neste artigo vamos entender e ver o que este kit tem e pode proporcionar.
KIT WEILLUMINATE
Este kit possui 4 placas, uma fonte, um dissipador de calor, lentes, óculos de proteção, além de fios, parafusos e ferramentas, conforme podemos ver na figura 1.
Figura 1 – o Kit WEilluminate
Começando com a placa principal que possui 4 dimmers diferentes, ou seja, cada dimmer controla uma faixa de cor de LED. Estes dimmers são controlados por um PIC16F1527, que recebe as informações via bluetooth LE 4.2 do aplicativo desenvolvido especialmente para esta aplicação, que pode ser baixado tanto para iOS ou Android. Cada canal tem o módulo Step-Down de alta corrente MagicI3C-LDHM desenvolvido para o controle de brilho para LEDs tanto da forma analógica como por PWM.
O kit conta ainda com 2 placas de LEDs RGB, porém a placa possui um LED vermelho, um verde, um azul e um branco, cada LED ligado num canal da placa principal para que o desenvolvedor possa gerenciar a combinação de cores e sua intensidade separadamente.
Outra placa que compõe o kit é a placa o Painel Horticulture, que possui uma matriz de 16 LEDs, sendo 6 Hiper Vermelho , 4 Super Vermelho , 2 Azul Profundo e 4 Brancos. Cada tipo de sequência de LED é conectado a cada canal da placa principal, onde é possível, pelo aplicativo, gerenciar a intensidade de cada um deles.
Dentro do kit temos também alguns tipos de lentes para a difusão da luz emitida pelos LEDs. Estas lentes são fabricadas pela LEDiL e possuem uma gama de lentes com ângulos diferentes, isso porque a distribuição de fótons é importante neste tipo de aplicação, pois temos que considerar a área e distância entre a fonte de luz e as plantas que recebem essa luz.
Apesar de os painéis não gerarem tanto calor, o kit vem com um dissipador que você pode encaixar os painéis, o que é aconselhável, pois a estufa pode necessitar do controle de temperatura, ou mesmo a estufa pode esquentar os painéis e com isso o uso do dissipador é importante.
Além do mencionado acima, o kit vem com fios, parafusos e um óculos para a proteção de quem irá manipular os LEDs.
MONTANDO O KIT
A montagem é simples e aqui pedirei que não siga a risca o que o manual ilustra no diagrama, isso porque o diagrama dá a entender que a alimentação se dá no primeiro momento direto ao painel e não é bem assim, pois o diagrama ilustra o passo a passo das conexões e não o fio propriamente dito.
O primeiro passo é escolher qual painel você utilizará, e aqui vamos começar com os painéis RGB. Dentro do kit existem pequenos jumpers, os quais você conecta ambos os painéis, mas é importante ver que ambas as placas possuem jumpers que fecham o circuito, logo somente o último painel tem que estar com os jumpers, a primeira placa não, conforme ilustra a figura 2.
Figura 2 – O painel RGB
O segundo passo é conectar o primeiro painel na placa principal, sempre observando a polaridade. É bom verificar onde você conecta cada cor, pois no aplicativo você poderá configurar somente os canais, exemplo, se você conectar o “vermelho” no “canal 1”, no aplicativo, você não verá “vermelho” mas, sim, “Canal 1”.
Agora prenda com os parafusos que vem no kit as placas no dissipador de calor.
Antes de ligar a placa central na fonte, observe que bem no meio da placa temos 4 chaves, estas chaves selecionam o módulo para trabalharem com 15 V ou Vin, estas chaves precisam estar em “off”, lembrando que todas as vezes que desligar e ligar a placa na fonte esta chave precisar estar em “off”, agora mesmo se os LEDs estiverem apagados, mas você não desconectou a fonte, isso não é preciso.
Depois que você desligar as chaves, conecte a fonte na placa principal (observe e polaridade), uma luz verde acenderá na fonte. Agora coloque todas as chaves na posição “Vin”.
Agora precisamos instalar o aplicativo WEilluminate em seu aparelho celular. Ao carregar o aplicativo, ative o Bluetooth e na tela aparecerá o número da sua placa e a força do sinal. Selecione o dispositivo e a tela aparecerá como na figura 3.
Figura 3 – O App WEilluminate
Você poderá ajustar todos os 4 canais, mas somente a barra “Brilho” fará os LEDs acenderem, de 0 a 100%.
Com o painel Horticultura, o procedimento é o mesmo, porém ela não tem jumpers, pois o circuito já é fechado, mas faço o mesmo conselho a respeito de anotar qual canal ativa qual tipo de LED. Vale lembrar que o mesmo painel deve estar conectado ao dissipador.
SOBRE OS LEDS ESPECIAIS
Não é recente a procura de cientistas e pesquisadores por sistemas de iluminação que atingissem todas as faixas de ondas como também a intensidade e densidade para o cultivo e estudo de plantas. Os poucos que trabalham com estes estudos usavam lâmpadas de alta densidade, que, além de caras, não duravam muito tempo, o que tornava uma aplicação além dos grandes laboratórios.
Com avanços na produção dos LEDs conseguimos hoje ganhos impressionantes nos custos e aplicabilidade deste novo conceito de cultivo através da luz artificial.
Quando falamos em LEDs nos preocupamos mais com durabilidade, brilho e cor, porém para o cultivo de plantas o que realmente interessa é a frequência emitida pelo LED e a quantidade de fótons que ele consegue emitir numa determinada área. Essa nova forma de parametrizar um LED foi realizada pela Asabe – American Society of Agricultural and Biological Engineering, que verifica a fabricação de um LED através da Largura de Onda, a radiação fotossinteticamente ativa (PAR – Photosynthetically active radiation), o fluxo de fótons fotossintéticos (PPF – Photosynthetic photon flux), a densidade de fluxo de fótons fotosintéticos (PPFD – Photosynthetic photon flux density), a eficiência do fóton, eficiência energética e finalmente a proporção de faixas obtidas entre o vermelho e o azul, como podemos ver na figura 4 temos a estrutura básica destes LEDs de alta precisão, pois estes LEDs estão numa faixa de trabalho quântico.
Figura 4 – Estrutura do LED
Baseado em aplicabilidade, devemos lembrar que não são muitas as empresas que podem produzir LEDs deste tipo com alto grau de confiança, principalmente quando pensamos em escalabilidade e não podemos ficar medindo a precisão de LEDs oriundos de fabricantes duvidosos, o que pode comprometer o estudo ou a cultura abaixo dela.
FAIXA DE ATUAÇÃO DOS LEDS
Na figura 5 temos um gráfico que representa a largura das ondas pela intensidade relativa, onde podemos ver que o Azul Profundo (Deep Blue) tem o seu pico de intensidade na faixa dos 450 nm, muito próximo do Azul que tem seu pico em 460 nm. Do outro lado do espectro temos o Vermelho Distante (Far Red) que tem seu comprimento de onda em 750 nm. O interessante deste gráfico é a linha que representa a Luz do Dia, onde podemos ver que com os LEDs, podemos aplicar uma intensidade maior do que teríamos normalmente a céu aberto. Sabendo que as plantas se desenvolvem em diferentes etapas, com diferentes tipo de ação de determinada frequência, podemos acelerar ou retardar certas etapas.
Figura 5 – Intensidade x Tamanho de Onda em nanômetros.
Na figura 6 temos outro gráfico onde estudos mostram em que faixa as plantas absorvem os pigmentos para a produção a Clorofila A, B e o Beta Caroteno, a ação dos Fitocromos e também a faixa do PAR (Radiação Fotossinteticamente Ativa) distribuídos pelo comprimento de onda da luz.
Figura 6 – Absorvição dos pigmentos x Tamanho de onda em nanômetros.
TESTE DO KIT
Realizei um teste de germinação com o kit, onde coloquei numa estufa os LEDs Horticulture trabalhando e outro só com LEDs brancos e o resultado foi surpreendente, as sementes germinaram mais rápido abaixo do LEDs. Utilizei o sistema padrão, mas é possível combinar uma quantidade enorme de possibilidades, combinações e tempos de exposições diferentes. Deixei o kit trabalhando em diversos níveis de potência e não aqueceu, o mesmo ficou funcionando durante os 20 dias de testes, onde seguia uma regra de 10% Far Red das 7 às 9, das 9 até as 19 adicionava 10% de High Red e das 19 às 20 horas só deixava 30% de Deep Blue (azul profundo), todas as etapas com 30% de brilho. Depois das 20 horas deixava tudo escuro, mas sem desligar o sistema, para a planta realizar o processo normal de fotossíntese.
CONCLUSÃO
Segundo P. Morgan Pattison em seu artigo “LED lighting efficacy: Status and directions”, publicado em 2017, a criação destes LEDs para a agricultura ligou uma nova chave para uma nova era no cultivo de plantas, e no meu ponto de vista, concordo plenamente com ele, pois muito estudo pode ser feito com este novo avanço, onde poucos se atreveram a se aventurar.
Imaginem a quantidade de variáveis possíveis que podemos obter com uma gama de métodos diferentes, uma gama enorme de plantas, com uma gama enorme de nutrientes e tudo isso aliado ao uso destes super LEDs.
Vejo também os benefícios que este novo meio de cultura usando LEDs possa trazer para as grandes cidades, que por falta de espaços e acesso direto ao Sol, onde a distância entre produtor e consumidor diminua o uso extensivo da terra e de combustível para o transporte dos mesmos.
Nas referências deixo links para mais detalhes e literaturas , assim como também para a compra do kit caso você tenha interesse em iniciar seus estudos e projetos .
Vídeo sobre o kit : https://www.youtube.com/watch?v=oVsz6ZlNWR8
Referência
Produto https://www.we-online.com/catalog/en/WL-SMDC_HORTICULTURE#150353DS74500
_____________________________________
Renato Paiotti é diretor do Instituto Newton C. Braga.