Micromoles de fotones, la medida de la luz para las plantas

Micromoles de fotones, la medida de la luz para las plantas

 

Las unidades de medida que tradicionalmente utilizamos en el sector de la iluminación dejan de ser útiles cuando hablamos de iluminación para plantas, ¿por qué?

Sencillamente porque los humanos y las plantas no ‘vemos’ de la misma forma, y dicho sea de paso, no estamos interesados en la luz por los mismos motivos. Las medidas tradicionales de iluminación, como lúmenes y luxes, miden la cantidad de flujo luminoso, y cuando utilizamos estas medidas, a efectos prácticos estamos interesados en nuestro confort visual.

Sin embargo, las plantas están interesadas en la luz porque de ella obtienen la energía que necesitan para sobrevivir. Las plantas necesitan producir glucosa con la que fabricar otra serie de moléculas más complejas, la glucosa es en cierta manera el ladrillo del mundo vegetal. La glucosa es un compuesto orgánico, sin embargo para fabricarlo, la planta sólo dispone del oxígeno, hidrógeno y carbono en forma inorgánicas (en la atmósfera y en la solución acuosa disponible en el suelo). Para que la planta pueda fijar el carbono, el hidrógeno y el oxígeno inorgánicos y formar un compuesto orgánico como la glucosa, se necesita energía en forma de calorías. Las plantas disponen de un mecanismo de sobra conocido para lograrlo, la fotosíntesis, mediante el cual con 48 fotones es capaz de obtener la energía suficiente para producir una molécula de glucosa.

 

Esquema de la fotosíntesis

 

Los fotones son energéticos y la planta produce un trabajo químico con esa energía, las moléculas de glucosa. Pero no toda la energía recibida del sol o de una fuente de luz artificial puede ser aprovechada para realizar trabajo químico. Cada especie de plantas tiene su óptimo energético más allá del cual  o por debajo del cual la planta no se desarrolla adecuadamente. Si una planta recibe más cantidad de fotones de los que necesita, esa energía extra tendrá que ser disipada a través de diferentes mecanismos que infligen daños en sus tejidos, provocando una situación de estrés en la planta. Si ésta recibe menos fotones de su cantidad óptima, ésta no desarrollará el máximo de sus posibilidades. En cualquiera de los dos casos nos hallamos ante una disminución de la calidad de la planta.

Por lo tanto, cuando hablamos de luz y de plantas, lo que nos interesa es saber qué cantidad de fotones les vamos a suministrar para que la planta se halle en sus condiciones energéticas óptimas. Los botánicos han acordado que la medida sea el micromol de fotones.

Un mol de cualquier sustancia equivale a 6.022 x 1023 unidades de esa sustancia. Por ejemplo, un mol de átomos de oxígeno contiene esa cantidad de átomos de oxígeno, y de la misma forma, un mol de fotones contiene esa cantidad de fotones. Esta cantidad es conocida como el número de Avogadro en honor de Amadeo Avogadro, un químico y físico italiano nacido en el siglo XVIII.

De esta forma, un micromol -que es una millonésima parte de un mol- de fotones contiene:

6.022 x 1023 ÷ 106 = 6.022 x 1017 fotones, o lo que es lo mismo: 602 200 000 000 000 000 fotones.

El símbolo del micromol se construye añadiendo la letra griega ‘mu’ (µ) como prefijo de la palabra mol: µmol

Así, cuando decimos que una planta está recibiendo 100 micromoles de fotones en un segundo por metro cuadrado, decimos que está recibiendo la millonésima parte de 100  moles.

Igual que sucede con el flujo luminoso y su medida en lúmenes y luxes, con los micromoles de fotones podemos medir el flujo o su densidad.  Para la densidad, al ser una medida que viene dada por metro cuadrado y por segundo, la cantidad dependerá de la distancia a la que se coloque la fuente de luz de la planta y de los grados de apertura de la fuente de luz. En este sentido los micromoles de fotones se comportan como los luxes. Cuanto más cerca de la planta y menor sea el grado de apertura del cono de luz, la planta recibirá más micromoles de fotones por unidad de superficie iluminada. Por el contrario, iluminaremos menos espacio.

Por otra parte, como cada fotón viaja asociado a una longitud de onda determinada y a una energía determinada, no todas los rangos de energía y longitudes de onda asociados a los fotones son válidos para las plantas. Las plantas pueden utilizar fotones que estén dentro del PAR (acrónimo inglés para Photosynthetically Active Radiation / Radiación fotosintética activa) y comprende la región del espectro electromagnético que va de los 400 a los 700 nanómetros de longitud de onda aproximadamente.

Por lo tanto, cuando como agricultores o como horticultores nos preguntamos sobre la conveniencia de una fuente de luz o de otra, nos tenemos que hacer la siguiente pregunta: ¿Qué fuente de luz me proporciona los micromoles de fotones que mi planta necesita? La respuesta es complicada, pues dependerá de ajustar una luminaria de determinados vatios de potencia a una altura determinada para cubrir el mayor número de plantas con el mínimo coste posible y con la mayor uniformidad lumínica posible. Esta labor la deberá de realizar un técnico sobre el terreno, no hay una respuesta estándar. La distribución del espectro será algo fundamental también.

Por último, si la unidad de medida de la luz para las plantas es el micromol de fotones en un segundo por metro cuadrado, el valor que esta unidad mide es el PPFD (acrónimo inglés para Photosynthetically Photon Flux Density / Densidad de flujo de fotones fotosintéticos). Así, cuando decimos que tal o cual planta necesita un PPFD de 140 µmoles s-1 m2, lo que estamos diciendo es que el valor adecuado de la densidad del flujo de fotones fotosintéticos para esa planta es de 140 micromoles de fotones por segundo y metro cuadrado.

Valor que se mide: PPF o PPFD

Unidad de medida del PPF o PPFD: µmol o µmol s-1 mrespectivamente.

Cantidad de fotones en un µmol:

6.022 x 1017

 

 

 

 

 

Photosystem

Departamento de I + D

453 288 Photosystem.es
35 comentarios
  • David Alexander Díaz

    Muy bien Post. Me gustaría saber más sobre el tema espero ver próximos capítulos

  • Excelente post, me aclaro algunas dudas.

  • Artículos técnicos como este son los que hacen falta para enfrentar con conocimientos el futuro, se llama led y ya está aquí, otros ya vienen investigando lo indecible, porque saben esto. Mil gracias, muy buenos.

  • Muy bien explicado. Sin embargo que quiere decir cuando en el año hay un promedio acumulado de 100000 uMol y cuanto será lo necesario para el cultivo de banano

  • Hola Marta. No entendemos muy bien lo del promedio acumulado anual de 100000 umoles al año.

    La medida de la que hemos hablado en nuestro artículo es la PPFD, o densidad de fotones fotosintéticos por metro cuadrado y segundo. Como se entiende por las unidades de esta medida es una medición instantánea, en un segundo, que habría que mantener para tener un acumulado de umoles de fotones al día.

    Esa acumulación de fotones al día es una medida que también se usa, es la integral de luz diaria, o dayly light integral en inglés (DLI), que es el término más habitual con el que te encontrarás. La unidad de esta medida el el mol de fotones por día.

    Así como a los fabricantes de iluminación nos interesa más la PPFD, al cultivador le puede interesar la DLI más porque te permite más libertad en la forma de iluminar. Por ejemplo, si sabes la DLI óptima de tu planta y tienes iluminación natural durante parte del día, puedes calcular cuánta luz recibes en esas horas, restárselas a la DLI que te hace falta e iluminar sólo artificialmente esa cantidad que te falta en la iluminación natural.

    Respecto al banano, hemos intentado buscar su DLI pero no la hemos encontrado. Sí que hemos visto que tiene un punto de saturación lumínica muy alto, por encima de una PPFD de 2000 umoles por metro cuadrado y segundo en condiciones de cielo abierto.

    Nos atrevemos a aventurar que su DLI puede ser sobre los 55-57 moles diarios.

    Saludos

  • José Ricardo Candanedo

    Señores PHOTOSYSTEM,

    En Chiriquí, Republica de Panamá tengo un invernadero en el cual hay cultivado 1350 m² de pimiento (o pimentón, como acá se le llama) variedad ‘cherokee’ . En el área hay deficiencia de luz natural durante la temporada lluviosa (meses comprendidos de mayo a diciembre). Me he interesado por implementar luz artificial a manera de compensación, por consiguiente, de esta muy valiosa e interesante información me preguntado cual seria la PPDF o DLI recomendada para esta planta? y de que manera puedo hacer la relación entre estas medidas y las que me brindan los fabricantes de iluminación en la información del producto. Todo esto con el objetivo de hacer la inversión correcta.

    Saludos!

    • Estimado José Ricardo. Una DLI adecuada para el pimiento Cherokee estaria entre los 20 y 25 moles. Sería el resultado de recibir entre 350 o 400 umoles por segundo-metro cuadrado al día. Como siempre tendrá luz natural en su cultivo esa luz la tiene que calcular y añadir solamente de forma artificual la luz que necesite con los equipos de iluminación que instale en su cultivo. El primer paso es conocer la DLI natural que disponen sus cultivos en su ubicación en las diferentes épocas del año, de esta forma sabrá la que necesita añadir artificialmente. Supongamos que en invierno de forma natural su cultivo reciva 15 moles al día, necesitaría añadir 10 moles de forma artificial. Lamento no poder informarle de los equipos de iluminación necesarios para conseguir esas diferencias en la DLI, eso resultará de la labor de un técnico que realice los cálculos dependiendo de las posibilidades que ofrezca su invernadero.

      Saludos

  • Didáctico artículo, pero me surgen algunas dudas. A los cultivadores nos interesa el DLI, que depende de la PPFD, pero en las especificaciones de los leds, como mucho se indica los lumens.

    Creo que según el espectro del led se determina un coeficiente que, multiplicado por sus lumenes, nos permite calcular la PPFD de ese led ¿Es correcto? En ese caso ¿Para el Citizen CLU48-1212C4 de 4000K cual sería?. Estaría bien que en la descripción de cada led se indicase también la PPFD.

    Por otro lado, ¿Alguna referencia aproximada del DLI para alguna variedad de tomatera y fresa?

    Muchas gracias por vuestro soporte.

    Saludos

    • Hola Pablo, para un CLU48-1212C4 4000K el coeficiente para pasar de luxes a densidad de umoles o de lumenes a flujo de umoles tienes que multiplicar por 0.018 y obtendras la PPFD o el PPF respectivamente. Por ejemplo si mides con el luxómetro y te da 55000 luxes tienes una PPFD de 990 umoles por segundo y metro cuadrado. Si el fabricante te da un flujo luminoso de 200000 lumenes tendrías un PPF de 360 umoles. La DLI por metro cuadrado para el tomate y la fresa serían de 25 y 20 moles por día respectivamente.

      Saludos

  • Alexis Fernández Acuña

    Hola muy interesante esto, pero tengo una duda:

    Sabemos que las plantas hacen uso de fotones en las longitudes de onda comprendidas entre los 400 y 700 nanómetros aproximadamente.

    Es posible calcular cuántos micromoles de fotones por segundo por metro cuadrado están asociados a las longitudes de onda de 400, 500, 600 y 700 nanómetros?

    • Hola Alexis. Sí que es posible saberlo si sabes los vatios. De los dos artículos que tenemos puestos en el blog, en el otro está explicado la forma de hallar esa cantidad. Así de forma muy resumida, cada fotón se distingue por su longitud de onda, que a su vez determina la frecuencia de ese fotón. La energía de un fotón depende de su frecuencia, cúanto más pequeña es la longitud de onda mayor es su frecuencia. Bien, esto ya te indica que en la misma cantidad de vatios, tendrás menos fotones azules en una fuente de fotones azules que tendrías en la misma cantidad de vatios en una fuente de fotones en rojo lejano. Al ser los fotones azules más energéticos, divides la cantidad de energía por un cuanto mayor, por lo tanto tu número de fotones es menor. Pero también te comento que eso serviría para fuentes de luz como el láser, que emiten en una longitud de onda muy discreta. Con los led cambia todo esto. Los LEDs emiten siempre fotones azules y sacan el resto de fotones con los que completan el espectro que tienen interactuando con el fósforo que los recubre y por lo tanto ya no sirve lo dicho con anterioridad.

  • Buenas

    Por favor ¿Me podríais indicar el coeficiente para pasar de luxes a densidad de umoles para el CLU48-1212C4 2700K y sobre todo para el más especializado CoB Citizen CLU04H-40/85-PRB?

    Muchas gracias por vuestro soporte.

    Saludos

    • Hola Pablo, hace poco medimos el 2700k CRI97 y el factor de conversión es de 0.020. Para el del PRB no tengo ningún registro de medición en el laboratorio. Dentro de poco pondremos uno en un cultivo que estamos haciendo y aprovecharemos para medirlo. Pondremos el factor aquí.

      Saludos

  • Muchas gracias por este artículo y el anterior, muy interesantes y útiles. Os hago una pregunta: al margen del espectro, ¿qué cantidad de lúmenes sería la apropiada que tendría que estar midiendo con el luxómetro en las fases de plántula, crecimiento y floración de Cannabis? Gracias de antemano.

    • Hola Carlos, para plantulas y crecimiento los luxes serían los mismos. Depende mucho de la especie la cantidad de luxes que tengas que utilizar en cada fase. Según sea más índica o más sativa en un fotoperioo 18/6 oscilarías entre 400 y 550 umoles /s / m2, y en fotoperiodo 12/12 entre 800 y 1100 umoles /s /m2

      Para pasar de los umoles a luxes con tu luminaria nos haría falta saber tu CCT y CRI del espectro.

      Saludos

  • Hola de nuevo y muchas gracias por la respuesta.

    Entiendo que el valor más bajo de PAR corresponde a la variedad índica y que el PAR más alto corresponde a la variedad sativa (de clima más tropical y por tanto con más necesidad de luz que la índica de clima montañoso), ¿no?

    -En 18/6 tendría CCT de 4.200K y CRI de 65 (400w)

    -En 12/12 tendría 2.000K de CCT y 20 de CRI (600w).

    ¿Cuál es la operación para con estos datos lograr obtener la cantidad óptima de lux que ha de recibir la planta en cada caso?

    Un saludo.

    • Hola Carlos, para los 4200k y CRI 65 el factor de conversión apróximado sería de 0.17, y para el 2000K CRI 20 sobre 0.20. De todas formas son estimaciones que hemos hecho por comparación con otras CTT y CRI, no tenemos CoBs con esas temperaturas de color ni CRI que hayamos podido medir.

      Saludos

  • Me gusta la manera en que explicas la diferencia entre la luz que vemos los humanos y aquella que «ven» las plantas. Para medir el flujo luminoso de una fuente de luz usamos luxómetros, o una esfera que mide los lúmenes… la pregunta es: ¿existe algún sensor que nos indique de manera similar al luxómetro los µmoles? o alguna fórmula que me permita traducir los luxes en µmol?

  • Hola Luis, sí que existen medidores que nos dan la medida que buscas. Para medir el flujo total de la luminaria el equipo habitual es una esfera integradora. Es un equipo muy caro y voluminoso, se tiene normalmente en laboratorios como el nuestro para investigación o en empresas luminotécnicas para controlar la calidad. Estos equipos te dan el PPF (photosynthetic photon flux) el flujo de fotones fotosintéticos que emite la luminaria al medio que la rodea.

    El equivalente al luxómetro portatil con el que medimos la luz que nos llega a las plantas también existe, son bastante más caros que el luxómetro tradicional y su precio oscila mucho dependiendo de las funciones que tenga, son asequibles para un profesional que los tenga que utilizar. Estos aparatos te dan el PPFD (photosynthetic photon flux density) o la cantidad de fotones que tu planta está recibiendo por metro cuadrado y segundo.

    Si tienes luxómetro existen factores de conversión para pasar de luxes a densidad de umoles. Necesitas saber la temperatura de color y el cri de tu fuente de luz para poder buscar el factor de conversión. Cuanto más cálido es tu espectro y más alto es el cri el factor suele de conversión suele ser más alto.

    Saludos

  • Hola gracias por este articulo muy interrsante: sabes donde podria encontrar DLI ( daily light integral ) para españa o europa ? Solo encuentro la de estados unidos…

    • Hola James, cada planta tiene una DLI distinta y si no es ninguna variedad muy extrema de esa especie de planta debería de tener la misma DLI independientemente del sitio donde la cultives.

      Saludos

  • buenos días gracias por su colaboración , a cuanto equivale la luz led de 5w de 6400 k en umoles /s /m2 en un fotoperiodo de 16 horas.

    • Hola Luis, perdón por tardar en contestar. Hay varios inconvenientes para calcular lo que preguntas. La medida umol/s/m2 es una medida de densidad, y la densidad varía con la distancia de la luminaria al punto de medida y con la apertura del foco. Prácticamente es imposible saberlo mediante cálculo, sería posible saberlo midiendo.

      Si supieras esa medida sí que podrías sacar el acumulado de 16 horas o DLI. Tendrías que multiplicar la medición obtenida x 60 segundos, x 60 minutos, x 16 horas y dividirlo por 1.000.000 y entonces tenrías los moles de tu DLI de 16 horas.

      Saludos

  • Hola buenas tardes, tengo un espectodensitometro, mide ppfd y espectro.
    Mi pregunto es… como puedo medir la eficiencia de la iluminacion. Ppfd/watt. Si tengo una iluminacion a 30cm de altura y tengo un espacio de 0,6m x 0,6m. Hice 16 medidas de ppfd en ese espacio.

    • Hola, si has hecho 16 medidas de PPFD tendrías que hacer una media con esas 16 mediciones. Suma todas las mediciones obtenidas y divídelo entre 16. De esa forma obtienes la PPFD media de tu espacio de 60 x 60cm. Después sólo tienes que dividir tu PPFD obtenida por los vatios que tienes para obtener PPFD/watt. Para decir esa cantidad simplemente tendrías que añadir ‘a 30 cm’ ya que si variaras la distancia de la medición ya no te valdría, por lo tanto siempre tienes que indicar la distancia a a la que mides.

      Saludos

  • Hola! Necesitaría una fuente de luz que me permita alcanzar 400micromoles de fotones/s/m2. Que podría utilizar suponiendo que coloco la fuente a 50 cm de distancia? Muchas gracias

  • Juan Carlos Mosquera

    Buenas tardes. Muchas gracias por el artículo.

    Tengo un cultivo de aguacate en colombia a 2.400 mmsm la estación meteorológica que tengo me da en lux o w/m2 como puedo convertir esa información a umol/m2/s ?

    Muchas gracias

    • Hola Juan Carlos, lo más sencillo es que utilices los luxes y los multipliques por 0.0185, que es el factor de conversión que se utiliza para la radiación solar.

      Saludos

  • Hola , buenas tardes.
    Podrían apoyarme con el factor de conversión para luces LED, las cuáles emiten 60 µE m^(-2) s^(-1).
    Gracias de antemano

  • Buenas noches, buena infromacion, solo que no tengo claro, estoy mediendo la PAR, como le hago para pasarlo a watt y/o Jouls

Dejar una Respuesta a Photosystem Cancelar Respuesta

X