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Lampade per un utilizzo in acquariofilia

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Interpretazione delle caratteristiche tecniche - Spesso nei cataloghi e nei foglietti informativi delle lampade sono riportate numerose informazioni tecniche, che potrebbero essere di grande aiuto  nella scelta del sistema illuminante, ma il cui significato è talvolta abbastanza oscuro oppure addirittura fuorviante.

 

Una delle ragioni di ciò è che la maggior parte delle informazioni disponibili riguarda indici e parametri riferentesi alle qualità "visive" della luce emessa da una lampada, che però sono di minore importanza in un sistema in cui la funzione della luce non è solo quella di "illuminare", ma soprattutto quella di fornire l'energia raggiante necessaria a molte funzioni biologiche o fotochimiche. Diviene pertanto interessante sapere come "convertire" queste informazioni in altre direttamente collegate alle funzioni di interesse. Il punto di partenza è capire il significato di alcuni termini e di alcune proprietà utilizzati in illuminotecnica che non sono poi di così immediata comprensione. Occorre a questo punto fare presente che esistono due sistemi ben distinti per misurare le proprietà della luce emessa dalle lampade. Si hanno infatti misure fotometriche, in cui vengono valutate le proprietà visive della luce, e misure radiometriche per le quali la valutazione è delle proprietà fisiche della luce. Si può osservare che, anche se le proprietà fisiche determinano le proprietà visive, i due sistemi differiscono in quanto la vista è uno "strumento" di misura della luce troppo limitato ed anche soggettivo per fornire corrette valutazioni delle precise caratteristiche fisiche delle radiazioni luminose. Inoltre non esiste ancora un sistema affermato di misure "fotobiologiche" a cui affidarsi (alcuni tentativi sono tuttavia stati fatti in questa direzione, ad esempio con l'introduzione del PAR, Photosythetically Available Radiation, che verrà descritto più avanti, o di altri indici), anche se gli studi sugli effetti della luce sui sistemi biologici sono numerosi, purtroppo con risultati talvolta contrastanti, a causa principalmente dell'elevato numero di parametri in gioco in biologia.

Alcuni argomenti sono qui trattati con una certa superficialità ed anche con poco rigore e sicuramente i più esperti di radiometria potrebbero trovare alcuni concetti esposti in maniera non del tutto precisa, ciononostante la discussione dovrebbe contribuire alla comprensione del significato di alcune comuni specifiche tecniche delle lampade.

Come tutti sanno, la luce fornita dalle lampade non è una radiazione monocromatica, cioè non è costituita da un'unica lunghezza d'onda, bensì è l'insieme di radiazioni a diversa lunghezza d'onda ciascuna emessa con una certa intensità per formare nel complesso quello che è lo "spettro di emissione" della lampada.

Il campo di radiazioni luminose che interessa maggiormente in acquariofilia è quello che va circa da 360 nm a 800 nm, in quanto sono queste le radiazioni che coinvolgono, in diversa misura, i sistemi biologici di cui fan parte anche i vari organismi animali ed i vegetali ospitati nelle vasche. È già fin da ora evidente che la vista umana non copre completamente questa gamma di lunghezze d'onda, in quanto normalmente lo spettro "visibile" è meno ampio e spazia approssimativamente da 400 a 780 nm, mostrando tra l'altro una sensibilità alle radiazioni molto variabile anche all'interno di questo pur limitato campo.

D'altra parte anche lo spettro solare, cioè la distribuzione delle intensità della radiazione in funzione della lunghezza d'onda che dal sole arrivano sulla superficie terrestre, non è costante ed è in certe condizioni più ampio ed in altre più ristretto con una distribuzione spettrale piuttosto variabile. In effetti la radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre dipende da molti fattori, quali il momento della giornata, le condizioni meteorologiche, la latitudine, l'altitudine, la riflessione dall'ambiente circostante ecc. Anche se si volesse imitare lo spettro solare, ammesso che tecnicamente ciò sia possibile, non è detto poi che questa sia la soluzione migliore, perché in fondo non esiste una luce che vada bene per tutti gli organismi. Ci sono organismi bisognosi di livelli di luminosità più o meno elevati, ed anche nella "qualità" della luce le esigenze possono essere diverse. Ciò è particolarmente vero per gli organismi acquatici ed ad esempio organismi abituati a vivere in acque basse e pulite saranno adattati a ricevere una luce diversa da quella di altri che vivono in acque profonde o torbide magari rese colorate dalla presenza in acqua di diversi composti o particelle ed ai quali la luce arriva "filtrata" da un certo spessore di acqua con un assorbimento che tra l'altro dipende dalla lunghezza d'onda. È vero che molti organismi sono in grado di adattarsi, ma tale capacità non è illimitata e quindi, come punto di partenza, sarebbe bene conoscere (talvolta questo è il passo più difficile) quali sono le esigenze specifiche degli organismi allevati. In fondo le soluzioni universali non esistono e spesso è dunque necessario sperimentare di persona. Tuttavia perché questi tentativi non siano alla cieca è indispensabile avere un minimo di conoscenza delle prestazioni che le lampade sono in grado di offrire. È questo in fondo l'obiettivo della presente discussione.

Specifiche delle lampade

Le specifiche che vengono fornite più frequentemente riguardano:

Temperatura di colore

L'informazione che una lampada emette una luce con una certa temperatura di colore significa semplicemente che questa luce, alla vista umana, appare di un certo ben determinato "colore". E questo colore dovrebbe essere all'occhio umano lo stesso della luce emessa da un "corpo nero" (cioè da un corpo ideale capace di assorbire completamente le radiazioni di ogni lunghezza d'onda) portato a quella temperatura (vi è da notare che un corpo nero emette una radiazione con uno spettro che segue ben precise leggi fisiche e che perciò è anche facilmente calcolabile).

Ma un'altra lampada che appare ai nostri occhi emettere luce sempre dello stesso colore (e che pertanto ha la stessa temperatura di colore) può possedere una distribuzione spettrale completamente diversa. E, poiché è quest'ultima la proprietà della luce più importante in biologia, ottica, fotografia, acquariologia ecc., allora il valore della temperatura di colore rappresenta un'informazione che da sola è di ben poca utilità.

Per i tubi fluorescenti, che vengono prodotti in una gamma molto vasta in cui tra l'altro è possibile scegliere tra tubi a diverso spettro, ma con medesima temperatura di colore, questo fenomeno è evidente.

Con le fotografie che seguiranno, scattate con pellicola diapositiva per luce diurna, si cercherà di illustrare meglio questo fenomeno, anche se la riproduzione sullo schermo di un computer soffre di limiti nella fedeltà di riproduzione dei colori.

Nella seguente immagine sono state fotografate le luci emesse da tre lampade a diversa temperatura di colore. Le lampade sono Philips della serie TLD 9xx ed in particolare la 930 (temperatura di colore=3000 K), la 940 (temperatura di colore=4000 K), la 965 (temperatura di colore=6500 K). Immagini del tutto analoghe si otterrebbero con altre lampade fluorescenti (ad esempio Osram) presenti sul mercato e di simili caratteristiche.

930, 940, 965

Si può notare che la tonalità del colore della luce emessa diventa via via più "fredda" all'aumentare della temperatura di colore. È bene fare presente già fin da ora, come si vedrà meglio più avanti, che tutte queste tre lampade sono a spettro cosiddetto "completo", per cui l'emissione non è limitata a bande di emissione (cioè a ristretti campi di lunghezza d'onda), come avviene in altre lampade fluorescenti, ma distribuita con una certa uniformità in tutto il campo del visibile. La diversa temperatura di colore e quindi la diversa tonalità sono dovute alle maggiori intensità delle emissioni a lunghezza d'onda lunga (verso il rosso) nel caso delle lampade a minore temperatura di colore, mentre le lampade a valori più alti della temperatura di colore mostrano intensità di emissione più elevate nelle lunghezze d'onda corta (verso il blu).

940 vs. 840

965 vs. 865

Nelle due immagini precedenti vengono confrontate tra di loro lampade con la medesima temperatura di colore. Infatti la 940 e la 840 hanno entrambe una temperatura di colore di 4000 K, mentre la temperatura di colore è di 6500 K sia per la 965 che per la 865. Le lampade della serie 8xx mostrano una netta dominante verdastra, anche se alla vista umana la tonalità della luce sembra la medesima delle lampade della serie 9xx!! (Vi è da notare che la diversa esposizione in queste due ultime foto rispetto alla foto precedente tende a fare apparire meno saturi i colori delle stesse lampade a causa della diversa luminosità, ma il confronto all'interno di una stessa foto rimane significativo).

La pellicola fotografica (con sensibilità alle differenze "cromatiche" diversa da quella dell'occhio umano) è invece in grado di rilevare la differenza che appare, d'altra parte, evidente negli spettri di emissione. Un confronto in termine di spettri di emissione è perciò riportato nel grafico seguente dove compare anche lo spettro di emissione del corpo nero a 4000 K.

4000 K

Come è apparente nella figura la lampada della serie 8xx presenta una maggiore discontinuità nello spettro che infatti risulta meno uniforme di quello della 940 con la presenza di picchi di emissione più accentuati e basse o bassissime emissioni a diverse lunghezze d'onda. Inoltre appare notevolmente accentuato il picco di emissione attorno ai 550 nm (a cui corrisponde una radiazione giallo-verde). Infatti questo tipo di lampade privilegia in modo particolare l'emissione a queste lunghezze d'onda essendo questo il campo di radiazioni a cui l'occhio umano è più sensibile, cosicché possono apparire più luminose (ma soltanto alla vista umana) di altre lampade con spettro più uniforme. Per chiarire ulteriormente questo punto, nel grafico seguente gli stessi spettri vengono confrontati con la curva di sensibilità dell'occhio umano (sensibilità fotopica, cioè a livelli medio-alti di illuminazione).

4000 K + fotopico

Nessuna meraviglia dunque che le lampade della serie 8xx sembrino (ma, come detto, solo in apparenza, vale a dire solo alla vista e quindi anche per le misure fotometriche) emettere più luce.

Alcune lampade molto utilizzate in acquariofilia come le Interpet Triton, le Sylvania Aquastar e le Philips Aquarelle (tutte lampade trifosforo) sembrano possedere caratteristiche molto simili (ad esempio temperatura di colore dichiarata dal fabbricante di 10000 K per le Aquastar e le Aquarelle, o dichiarata "non misurabile" per le Triton) e gli spettri appaiono essere quantomeno simili. Pure la luce emessa sembra essere per la vista della medesima tonalità ed anche sulla pellicola fotografica a luce diurna, come appare nella seguente fotografia, le differenze nella luce emessa da queste tre lampade sono minime.

Trifosforo

La conclusione è che queste tre lampade sono, per quanto riguarda la radiazione emessa, praticamente equivalenti, anche se la Triton vanta, a detta dei produttori, particolari qualità in termini di durata. Si può anche osservare che, in accordo con l'elevata temperatura di colore (10000 K), la pellicola ha registrato una luce che sostanzialmente è bluastra, mentre all'occhio umano la luce di queste lampade appare rosata ad ulteriore conferma che la vista può essere molto ingannevole nel giudicare le proprietà radiometriche di una luce.

Nella foto seguente si può osservare invece il confronto tra la luce emessa da una Aquarelle (10000 K) e da una TLD 965 (6500 K).

Aquarelle e 965

Infine è interessante notare come la pellicola fotografica sia in grado di rilevare la differenza notevole che può esservi nella luce emessa da alcune delle diverse lampade disponibili sul mercato. Nella foto seguente il confronto è tra una Aquarelle (trifosforo da 10000 K), una TLD 930 (a spettro completo da 3000 K) ed una TLD 840 (da 4000 K).

Tre diverse lampade

La differenza registrata dalla pellicola fotografica è maggiore di quella apparente alla vista umana, che pure per queste lampade è anch'essa in grado di rilevare una significativa diversità nella tonalità di luce.

Resa dei colori per gli oggetti illuminati

Si è visto che il valore della temperatura di colore fornisce un'informazione incompleta, che indica soltanto che la luce emessa appare all'occhio umano approssimativamente di un certo definito "colore". Oltre alle limitazioni rilevate nel paragrafo precedente esiste tuttavia un ulteriore inconveniente. Infatti per due luci diverse avere la stessa temperatura di colore non comporta necessariamente che gli oggetti illuminati appaiano poi alla vista dello stesso colore. Anche sotto questo aspetto perciò la sola temperatura di colore fornisce un'informazione insufficiente.

Ad esempio uno stesso oggetto porpora illuminato da una lampada Philips TLD/840 o da una Philips TLD/940 apparirà all'occhio umano di colore sostanzialmente diverso perché nel campo delle lunghezze d'onda che contribuiscono alla resa visiva di tale colore lo spettro d'emissione delle due è molto diverso nonostante esse sembrino, osservandole direttamente, emettere la stessa luce, avendo la stessa temperatura di colore di 4000 K. E qui entra in gioco la "resa del colore di sorgenti luminose" per la cui valutazione il sistema più diffuso è "l'indice generale di resa del colore Ra".

Il meccanismo su cui si basa è il seguente: "si valutano le differenze tra i colori che certi oggetti standard presentano sotto la sorgente in esame e poi sotto la sorgente di riferimento.... La sorgente di riferimento da impiegare è funzione della temperatura di colore della lampada in prova. Per esempio per sorgenti in prova con temperature prossimali di colore minori di 5000 K, esso è il radiatore di Planck o corpo nero. Per temperature di colore uguali o maggiori di 5000 K, si impiegano gli illuminanti della serie D (Daylight). Le temperature di colore delle due sorgenti devono essere le più vicine possibile." (da "Misurare il colore", Hoepli editore, a cura di Claudio Oleari). Vi è da notare che gli illuminanti della serie D forniscono una luce che, come spettro, è piuttosto vicina a quella della luce solare. Poiché "le lampade ad incandescenza hanno una distribuzione spettrale di potenza quasi identica a quella della sorgente di riferimento" (che, si ricorda, è, fino a 5000 K, il corpo nero) allora il loro indice di resa del colore è praticamente massimo (Ra=100). Questo tuttavia non significa che le lampade ad incandescenza forniscano una luce migliore (o simile a quella solare) perché per molti fini la loro temperatura di colore è troppo bassa ed è in effetti di molto inferiore a quella della luce solare (la luce appare con toni molto più "caldi" di quelli della luce del sole) e quindi inadatta per molti scopi (tra cui l'illuminazione in acquario e la fotografia con pellicole diurne e senza filtri). Ad esempio una normale lampadina ad incandescenza mostra una temperatura di colore di circa 2500-2800 K , molto lontana dalla temperatura di colore della luce solare del mattino o pomeriggio (circa 5000-5500 K) o della luce solare di mezzogiorno (circa 6000 K, oppure valori anche superiori se il cielo è velato) (La fonte di alcuni di questi dati è :"Il libro della fotografia a colori", Feininger, Garzanti ed.). Questa caratteristica dunque rende inadatte per l'uso in acquari le sorgenti a temperatura di colore così bassa, almeno come unica fonte di illuminazione. Per una lampada la combinazione di una temperatura di colore di 5000-6000 K con un valore elevato dell'indice di resa del colore (quanto più prossimo a 100) fornisce invece l'indicazione che molto probabilmente si è abbastanza vicini alla distribuzione spettrale della luce solare. Queste lampade esistono e sono quelle a spettro completo con indice Ra il più alto possibile. Sotto questo punto di vista le Philips 950 (temperatura di colore=5300 K ed Ra=98) ed Osram Deluxe 12 (temperatura di colore=5400 K ed Ra=98) appaiono tra quelle che più si avvicinano alla luce solare, insieme eventualmente alle Osram 72 Biolux e Philips 965 (temperatura di colore=6500 K ed Ra=97-98). Le Philips TLD 950 ed Osram 12 sono tra l'altro anche quelle più consigliate per le applicazione in cui occorre fare una valutazione visiva dei colori di oggetti. D'altra parte ciò è confermato anche dai risultati che si ottengono fotografando con pellicola tarata per luce diurna degli oggetti illuminati da lampade a diversa temperatura di colore e/o indice di resa dei colori. In tale caso le foto fatte di oggetti illuminati da lampade da 5000-6000 K ed elevato Ra (>95) mostrano solo leggere dominanti di colore, mentre forti dominanti di colore sono presenti se la sorgente di colore è ad indice Ra più basso o caratterizzata da temperatura di colore significativamente al di fuori del campo 5000-6000K.

Nelle seguenti foto sono riportati i risultati ottenibili fotografando con pellicola invertibile per luce diurna una tabella di colori ed il cartoncino grigio Kodak a riflessione 18%, che viene utilizzato normalmente in fotografia per la valutazione di dominanti cromatiche e dell'esposizione.

965865

In queste due foto la temperatura di colore della sorgente luminosa è la stessa (6500 K sia per la 965 che per la 865), ma l'indice di resa dei colori diversa (Ra=98 per la 965 ed Ra=85 per la 865). Questa differenza comporta che la resa dei colori, anche nella fotografia, appaia migliore con la lampada ad Ra più elevato. Infatti i colori ed il grigio del cartoncino sono resi abbastanza fedelmenti con la 965 e sembra esservi solo una leggera dominante azzurrina, che invece è piuttosto marcata e tendente al verde nella foto scattata illuminando con la 865.

940840

Scendendo con la temperatura di colore (nelle foto precedenti la 940 e la 840 emettono entrambe luce a 4000 K), si osserva uno spostamento dei colori verso toni caldi cioè tendenti al giallo-rosso. Questa è la dominante presente nella foto relativa alla 940, che presenta un Ra elevato e pari a 95, segno che la luce emessa è abbastanza simile a quella emessa da un corpo nero (Ra=100) alla temperatura di 4000 K. Nella foto scattata con la lampada della serie 8xx (la 840 in questo caso) è ancora presente la solita dominante verdastra a causa del picco di emissione attorno a 550 nm che le lampade di questa serie presentano per apparire più luminose alla vista. Una conseguenza di cioè è che l'indice Ra risulta più basso (Ra=85) e lo spettro di emissione sarà abbastanza diverso da quello del corpo nero a 4000 K .

930

Nella foto qui sopra la dominante giallo-rossa è ancora più evidente che nella foto relativa alla 940, in quanto la temperatura di colore con la 930 risulta ulteriormente più bassa (3000 K). Il fatto che l'indice Ra sia abbastanza alto (Ra=95) indica ancora che la radiazione emessa dovrebbe essere abbastanza simile a quella del corpo nero a 3000 K. Tale radiazione sarà anche abbastanza simile a quella emessa da una lampada ad incandescenza in quanto le differenze in termini di temperatura di colore (circa 2700 K per la lampada ad incandescenza e 3000 K per la lampada in esame) e di indice Ra (circa 100 per la lampada ad incandescenza e 95 per la lampada in esame) sono abbastanza contenute (questo significa anche che fotografando sotto questa sorgente luminosa, si possono ottenere discreti risultati utilizzando le pellicole tarate per lampade ad incandescenza, cioè al tungsteno).

AquastarAquarelleTriton

Per la Sylvania Aquastar, la Philips Aquarelle e la Interpet Triton, commercializzate per l'utilizzo in acquari, una tonalità blu appare essere prevalente, segno che lo spettro è ricco di queste radiazioni con una certa percentuale non trascurabile anche di raggi UVA. Inoltre le differenze tra queste tre foto sono minime confermando che le tre lampade si assomigliano molto per il tipo di luce emessa. La non trascurabile frazione di radiazioni rosse presenti nello spettro porta anche a rilevare una certa dominante di questo colore che, ad occhio nudo, è più avvertibile che attraverso una fotografia.

In conclusione una luce simile a quella solare la si ottiene se la temperatura di colore è tra 5000 e 6500 K e l'indice Ra è prossimo a 100. Tuttavia questo non significa che questo tipo di illuminazione sia in assoluto quello preferibile e sia la migliore scelta in tutti i casi per l'utilizzo in acquari, sostanzialmente perché non è detto che la luce solare sia la migliore da utilizzare in acquario (anche se probabilmente in molti casi costituisce una buona scelta). Occorre per esempio considerare che se si ritenesse che le condizioni migliori sono quelle presenti in natura nelle acque di origine e si volesse perciò riprodurre tali condizioni, si dovrebbe tenere conto che lo spessore dell'acqua attua una filtrazione della luce assorbendo in misura differente radiazioni a diversa lunghezza d'onda, per cui lo spettro disponibile in realtà (ammesso che sia quello ottimale) varia anche con la profondità e con le proprietà "ottiche" (trasparenza, presenza di particelle in sospensione e/o di sostanze coloranti nell'acqua) dell'acqua attraversata. Possono esistere anche altri motivi che suggeriscono di allontanarsi da un'illuminazione simile a quella del sole, come ad esempio la realizzazione di un maggior potere illuminante (per la vista umana), la ricerca di speciali effetti sulla biologia di piante ed organismi, l'ottenimento di particolari risultati cromatici, ecc.

Per questi motivi non esiste un'unica soluzione ideale, ma occorre tenere presente le esigenze specifiche dei vegetali e degli animali ospitati. Questo è il punto di partenza, dopodiché con i dati tecnici delle possibili sorgenti luminose ed i criteri di valutazione descritti in questo documento, ognuno dovrebbe essere libero di scegliere e sperimentare come meglio crede.

Occorre anche considerare che, nella lotta contro le alghe infestanti ed a favore delle piante acquatiche o di altre alghe superiori, l'illuminazione costituisce uno solo dei numerosi fattori che contribuiscono al successo. Inoltre molto probabilmente non esiste un'illuminazione che sia favorevole per le piante e che allo stesso tempo inibisca la crescita delle alghe. Si può tuttavia cercare un'illuminazione ottimale per le piante ospitate, cosicché, pur se di per sé è apprezzata anche dalle alghe, alla fine si arrivi nella competizione delle piante con le alghe alla supremazia delle prime togliendo alle seconde nutrienti, spazio e possibilità di crescita. Tuttavia, affinché ciò avvenga, è necessario che anche tutti i rimanenti fattori (nutrienti, CO2, movimento dell'acqua, parametri chimico fisici dell'acqua, ecc.) siano ottimali. Inoltre occorre tenere conto anche dei tempi di adattamento (la capacità di piante e di alghe di adattarsi parzialmente a diverse condizioni di luce è un fenomeno ormai assodato), che per le alghe sono generalmente più brevi che per le piante. Perciò, quando si cambia il tipo di lampade, anche se le nuove condizioni di illuminazione sono migliori per le piante, inizialmente il risultato può essere quello di assistere ad un aumento (temporaneo si spera) delle alghe, più pronte a beneficiare delle condizioni migliori. Questo comporta che talvolta sia necessario, per valutare i risultati, attendere tempi che possono essere anche piuttosto lunghi ed arrivare ad alcuni mesi.

Attualmente esistono è vero alcune tendenze per l'illuminazione dei diversi tipi di acquari, che sono trattate brevemente nell'ultima sezione di questo documento, ma che, come ben sa chi ha seguito la storia e l'evoluzione dell'illuminazione in acquari, sono probabilmente destinate ad essere superate da nuovi studi, da nuovi prodotti ed anche, perché no, da nuove mode. Quello che allo stato attuale sembra tuttavia assodato è che le lampade a spettro completo siano, per l'utilizzo in acquari, superiori alle altre. Da notare che le lampade che in genere vengono comunemente indicate come Daylight, Coolwhite, Warm white ecc. non necessariamente sono a spettro completo, anzi in genere con questi termini vengono siglate lampade che presentano parecchie lacune nello spettro.

Lo spettro di emissione

Temperatura di colore ed indice di resa dei colori sono indici utili e rapidi per valutare approssimativamente la qualità di luce emessa, ma, come visto, non del tutto completi, anche se avere a disposizione entrambi può di fatto fornire già molte indicazioni. Tuttavia l'informazione più completa rimane quella fornita dallo "spettro" della luce emessa dalla lampada in esame, perché contiene tutte i dati per valutare che la luce possieda le caratteristiche desiderate (cioè l'opportuna intensità di radiazione ad ogni lunghezza d'onda), anche se talvolta è difficile sapere quale dovrebbe essere lo spettro ottimale per ottenere certi risultati od interpretare le curve spettrali che vengono presentate. L'analisi dello spettro è particolarmente utile nel caso in cui, come spesso è opportuno fare, si utilizzi una combinazione di lampade diverse, in quanto non ha molto senso fare una media delle temperature di colore o degli indici di resa del colore, mentre una "somma degli spettri" prendendo in considerazione ogni singola lunghezza d'onda ha viceversa un significato ed una giustificazione fisica.

Per convenienza vengono riportati, collegati ad una tabella con altre utili informazioni, molti spettri che possono essere di interesse.

Il flusso luminoso e l'efficienza luminosa

L'indicazione dell'efficienza luminosa espressa in lumen per watt (cioè espressa come "flusso luminoso" emesso per unità di potenza assorbita dalla lampada) non ha in pratica interesse in acquariologia, mentre trova larga e sensata applicazione nell'illuminazione di luoghi di lavoro e di soggiorno, cioè per l'illuminazione di ambienti in cui gli uomini (dotati del limitato senso della vista) operano e vivono. Questo perché i lumen (od i lux cioè i lumen che arrivano sulla superficie illuminata per metro quadrato) sono unità di misura specifiche della fotometria, che è la branca della fisica in cui le radiazioni sono valutate in base alle loro caratteristiche visive, od in altre parole di un sistema che considera solo la potenza illuminante della radiazione per la vista umana. Ma la visione dell'occhio umano presenta diversi limiti essendo, ad esempio, l'occhio molto sensibile a radiazioni di certe lunghezze d'onda e poco ad altre (ad esempio agli infrarossi ed agli ultravioletti l'occhio è cieco). Nelle funzioni biologiche attivate dalla luce ed indispensabili in acquario sono invece fondamentali e necessarie radiazioni di lunghezza d'onda alle quali l'occhio umano è poco o per nulla sensibile e che quindi pesano poco o nulla sull'illuminazione per un osservatore umano. Dunque, visto che in fotometria vengono tenute in conto le sole esigenze della vista umana, allora la risposta degli strumenti per la misurazione dei lumen (e dei lux) tiene conto solo della sensibilità dell'occhio umano. Esistono norme ben precise in tal senso elaborate dalla CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) che fissa ad esempio la curva "fotopica" a cui gli strumenti si devono adeguare per tenere conto della sensibilità dell'occhio umano nella visione diurna. Ad esempio per lo "osservatore fotopico" si ha un massimo di sensibilità per la radiazione a 555 nm (attorno al giallo-verde), ma la sensibilità cala abbastanza rapidamente per radiazioni a lunghezza d'onda inferiori o superiori ed ad esempio le sensibilità a 500 nm e 625 nm sono pari solo a circa il 32 % di quella a 555 nm. Questo significa che, nella misurazione del flusso luminoso in lumen, radiazioni anche di fondamentale importanza per l'uso in acquario hanno poco peso (ad esempio nel blu, nel rosso e negli UV-A), mentre il massimo peso si ha per le radiazioni giallo-verdi che, pur essendo molto importanti per fornire luce alla visione, hanno relativamente poca importanza per molti processi biologici (ad esempio le foglie di molte piante con clorofilla appaiono verdi appunto perché la radiazione verde viene riflessa e non viene quindi quasi per nulla assorbita od utilizzata). Quindi, a meno che non si sia interessati alla sola resa per la vista umana, si rende necessario un "metro" di valutazione che non faccia riferimento al flusso luminoso in lumen, ma a qualche altra grandezza più significativa per piante, animali e microorganismi. Si è visto che lo studio dello spettro emesso può essere di aiuto per la "qualità" della luce, ma per la determinazione del numero di lampade necessarie a fornire la "quantità" desiderata di luce della qualità voluta occorrerà fare dunque riferimento a qualche altra grandezza di diretta utilità che non può essere il flusso luminoso (questo sembra a questo punto evidente anche se purtroppo spesso si sente affermare al contrario che è preferibile fare riferimento a quest'ultima quantità).

Da un'elaborazione dei dati relativi allo spettro ed al flusso luminoso, che si possono trovare nelle specifiche tecniche di molte lampade, è possibile tuttavia ricavare il valore di potenza emessa sotto forma di energia raggiante per molte lampade. È questo un dato che è sicuramente più interessante del flusso luminoso in lumen in quanto fa direttamente riferimento all'energia emessa sotto forma di radiazione indipendentemente dalla sensibilità dell'occhio umano. Un ulteriore passo in avanti può essere fatto prendendo in considerazione il meccanismo con cui viene utilizzata l'energia raggiante in ogni processo in cui questa interagisce con la materia (e dunque anche in tutti i processi fotochimici e fotobiologici). In effetti il "mattone" attraverso cui l'energia raggiante può essere utilizzata è il fotone, che rappresenta l'entità elementare di energia luminosa. Perciò è importante avere una misura di quanti fotoni vengono emessi (nell'unità di tempo) dalla sorgente in esame. Dal momento che l'energia posseduta da un singolo fotone dipende dalla lunghezza d'onda della radiazione, se la radiazione non è monocromatica (cioè non è costituita da una radiazione ad un'unica lunghezza d'onda) non è possibile ricavare dal solo valore della potenza raggiante globalmente emessa il numero di fotoni emessi. Se però si conosce anche la distribuzione dell'energia emessa in funzione della lunghezza d'onda (vale a dire se si conosce lo spettro) questo diventa possibile. Il PAR (Photosythetically Available Radiation) è direttamente collegato al numero di fotoni nel campo di lunghezze d'onda di interesse (in genere da 400 a 700 nm perché si ritiene che questo sia il campo in cui la radiazione può essere generalmente utilizzata nei processi di fotosintesi).

Nella figura seguente è riportata la risposta relativa di un luxmetro (che segue la curva fotopica) a confronto con quella che dovrebbe possedere lo strumento ideale per la misurazione del PAR e con quella mostrata da uno strumento relativamente economico per misurare il PAR.

PAR e fotopico

Praticamente l'idea del PAR è nata nel 1972 (anche se questo termine è probabilmente apparso successivamente) dagli studi di Keith McCree che ha mostrato che uno strumento che conta i fotoni (quantum meter) è in grado di prevedere con maggiore precisione la fotosintesi di quanto non riescano a fare i normali luxmetri! Evidentemente il passo successivo sarebbe quello di vedere all'interno del campo in cui il PAR viene uniformemente misurato (400-700 nm) quali sono le lunghezze d'onda che più contribuiscono alla fotosintesi. Seppure molti studi siano stati fatti in questa direzione per capire come "vedono alghe e piante" (ad esempio i lavori di McCree e la curva spettrale delle piante secondo Elgersma, di cui si parla anche in Aquarium Oggi, n.2, 1998, pag.48) non esistono forse metodi o curve universalmente adottati forse proprio perché tutto sommato ogni pianta ha proprie esigenze, per cui una media abbastanza generica come quella fornita con il PAR può essere già sufficientemente significativa e non ha senso andare troppo nel dettaglio, se non per un sistema ben specifico. Questo tuttavia non significa che la conoscenza del PAR sia del tutto sufficiente a determinare l'efficienza di un sistema illuminante per la crescita delle piante in quanto, pur essendo il PAR un indice sicuramente più significativo del flusso luminoso, deriva pur sempre da una "media" fatta all'interno di un campo piuttosto ampio di lunghezze d'onda, da cui non si evince ad esempio la distribuzione spettrale al suo interno, che pure può rivestire sicuramente un'importanza fondamentale.

Dopo questa premessa è interessante vedere come si comportano le normali lampade fluorescenti in termini di flusso luminoso fornito, potenza raggiante e PAR. Nella seguente tabella e nel successivo grafico sono riportati i valori ricavati per alcune delle lampade prima considerate (poiché in questo caso l'emissione è per una determinata lampada, il valore riportato del PAR si riferisce ad una lampada e non all'unità di superficie).

Tabella per lampade da 36 W

 

 

Flusso luminoso

Potenza raggiante

PAR

 

lm

W

mEinstein/s

TLD 840

3350

11.1

47.9

TLD 940

2350

10.2

45.5

TLD 965

2300

9.8

42.6

Aquarelle

2450

12.1

47.1

Potenza raggiante+Flusso luminoso+PAR

L'aspetto più interessante da notare è che, nonostante il flusso luminoso sia sensibilmente più alto per la lampada della serie 8xx (serie, come si è detto, che privilegia la luminosità per la vista umana, emettendo specialmente nel campo dove l'occhio è più sensibile), per quanto riguarda potenza raggiante e soprattutto PAR le differenze risultano significativamente più ridotte. Dunque anche se la "efficienza luminosa" in lm/W (intendendo come luminosità quella per l'occhio umano) è maggiore per le lampade della serie 8xx, l'effettiva resa energetica e la resa in termini di numero di fotoni emessi variano invece molto meno da una lampada all'altra. Considerando inoltre che, come discusso in precedenza, la distribuzione spettrale non è certo ottimale per quanto riguarda le lampade 8xx ed equivalenti, allora appare evidente che le lampade a spettro completo (9xx ed equivalenti) sono più adatte per l'uso in acquari. In altre parole le lampade a spettro di emissione più uniforme (normalmente ad Ra molto elevato), anche se risultano avere valori più bassi dell'efficienza luminosa (e pertanto ai nostri occhi appaiono meno luminose) rispetto a lampade con spettro più ricco di radiazione giallo-verde, risultano più "efficienti" per l'uso in acquario. Il discorso può essere allargato anche alle cosiddette "fitostimolanti" che solo in apparenza sono meno luminose, essendo invece ottimizzate ed efficienti per l'uso a cui sono destinate, cioè per emettere alcune radiazioni che si suppongono utili alla crescita di piante (soprattutto terrestri in quanto quelle acquatiche hanno esigenze generalmente diverse). Un'altra conseguenza è che, visto che il rapporto tra energia emessa ed energia assorbita dipende poco dalla lampada che si è scelta, allora per indicare la quantità di luce necessaria si può tranquillamente con buona approssimazione fare riferimento direttamente alla potenza assorbita dalle lampade, come d'altra parte è quasi sempre stato fatto in acquariologia con le solite prescrizioni di calcolare un certo numero di watt ogni litro di acqua nella vasca.

Va comunque osservato che, anche se la resa varia poco da un tipo di lampada all'altro, allo stato attuale le lampade fluorescenti più efficienti dal punto di vista energetico sono quelle da 36 W, perché la geometria della lampada con le dimensioni delle lampade da 36 W è tale da rendere massima la trasformazione dell'energia elettrica assorbita in energia raggiante. Inoltre praticamente tutti i tipi di lampade fluorescenti esistenti vengono prodotti in questa potenza e di conseguenza la varietà e la reperibilità sono molto superiori a quelle per le altre potenze. Pertanto, anche in fase di acquisto o di costruzione dell'acquario, la possibilità di montare lampade da 36 W può essere uno dei tanti fattori da tenere in considerazione nella scelta delle dimensioni della vasca.

Risposte alle domande più frequenti sull'illuminazione in acquari

Nota: rispondendo a domande del tipo: "qual è la migliore lampada da utilizzare ? ", l'unica certezza è che si cadrà nella generalizzazione e di conseguenza anche nella superficialità. I motivi possono essere diversi e riassumibili principalmente nella limitatezza delle conoscenze attuali, nel continuo sviluppo degli impianti di illuminazione, nella variabilità delle esigenze dei sistemi da illuminare, nei diversi obiettivi che ciascuno si propone, nel peso che il giudizio personale ha. In pratica non esiste una risposta definitiva e quindi ogni risposta va valutata con senso critico. Tuttavia ritengo che sia forse opportuno cercare di rispondere (anche se le risposte fornite saranno volutamente abbastanza sintetiche e non esaustive) se non altro per fornire argomenti di base ad una discussione che possa favorire un progresso nelle conoscenze. Pertanto si considerino le seguenti risposte come un giudizio personale o contingente e non assoluto.

 

Qual è la tendenza nell'illuminazione di acquari di acqua dolce con piante?

La tendenza attuale è di utilizzare lampade a "spettro completo", vale a dire lampade che presentano una certa uniformità nella distribuzione spettrale all'interno del campo di lunghezze d'onda di interesse per la fotosintesi, che varia circa da 400 a 700 nm .

Le lampade con queste caratteristiche sono principalmente alcune fluorescenti ed alcune lampade ad alogenuri metallici, tipicamente quelle che possiedono un elevato valore dell'indice di resa di colore (Ra>90). Fanno parte di questa categoria ad esempio le lampade Philips TLD (930, 940, 950, 965) e le lampade Osram Lumilux Deluxe (12, 22, 32, 72).

In effetti è stato visto che lacune nello spettro (vale a dire carenze nell'emissione a certe lunghezze d'onda) tipiche per molte lampade fluorescenti "standard" si ripercuotono negativamente sulla crescita e sullo sviluppo delle piante acquatiche, che possono di conseguenza risultare svantaggiate rispetto alle alghe che in tal caso spesso si sviluppano eccessivamente. Questo vale in parte anche per lampade trifosforo destinate ad uso acquariologico e per le cosiddette "fitostimolanti". Le lampade a spettro completo prima citate sono invece in testa in una classifica delle sorgenti di luce basata sul "fattore luminoso di crescita" [vedi ad esempio Aquarium Oggi, n.4 1998, pag.48] che in una qualche maniera tiene conto dell'efficienza con cui la luce emessa viene sfruttata dalle piante acquatiche per la crescita.

Inoltre generalmente, nell'utilizzo delle fluorescenti, si preferisce utilizzare una combinazione di lampade diverse in modo da fare fronte ad eventuali carenze nell'emissione che una singola lampada può presentare.

La combinazione preferita è costituita perciò dall'accoppiamento di lampade caratterizzate da un indice di resa colori Ra superiore a 90 di diversa temperatura di colore. Unendo una lampada dalla temperatura di colore di 4000 K (ad esempio Philips TLD 940) con una da 5300-5400 K (ad esempio Osram lumilux Deluxe 12, che ha uno spettro piuttosto simile a quello solare sulla superficie terrestre) si ottiene, a mio giudizio, una luce gradevole nè troppo calda nè troppo fredda ed i risultati sulla crescita di molte piante sono buoni. Un'altra possibilità, preferita da alcuni, consiste nello scegliere, sempre rimanendo nel campo delle lampade ad elevato Ra, lampade da toni più caldi (ad esempio combinando lampade da 3000 e da 4000 K), mentre altri (soprattutto in Francia) preferiscono invece la luce più fredda fornita dalle Osram Biolux (6500 K). Le differenze in termini di risultati non sono probabilmente sostanziali e la scelta andrebbe forse fatta anche in base alle esigenze specifiche di illuminazione per ogni pianta acquatica, oltre che sul gusto personale. Così la tonalità della luce fornita dovrebbe essere tale da riprodurre al meglio le caratteristiche della luce che in natura (o nei vivai ??) la pianta incontra. Piante che normalmente vivono in acque torbide e/o colorate (ad esempio ambrate per la presenza di acidi umici) potrebbero gradire le tonalità più calde, mentre le piante viventi in acque limpide a profondità relativamente alte potrebbero trarre giovamento dai toni più freddi delle lampade a temperatura di colore più alta. Analogamente non tutte le piante gradiscono la stessa intensità di illuminazione, che andrebbe perciò modulata di conseguenza, anche basandosi sui dati riportati nelle pubblicazioni che trattano delle piante acquatiche.

Purtroppo un altro fattore da tenere in conto è la disponibilità di lampade adatte, tenendo presente che qualche tipo viene purtroppo prodotto solo in alcune potenze. La produzione copre infatti tutte le potenze normali per quanto riguarda le lampade considerate più standard, ma tra le lampade ad Ra>90 alcune potenze sono irreperibili. Poiché le lampade a temperatura di colore di 3000 e 6500 K sono, tra quelle a "spettro completo", quelle presenti nel maggior numero di potenze, il loro accoppiamento, quando non vi siano altre soluzioni, rappresenta anch'esso un buon compromesso.

Un'altra possibilità è quella di combinare lampade che da sole presenterebbero sostanziali lacune nello spettro, ma che, accoppiate ad altre lampade di spettro abbastanza complementare, possono allora fornire una luce adatta alle piante acquatiche con uno spettro risultante relativamente completo. In base a questa osservazione, una delle soluzioni proponibile è l'accostamento di una lampada trifosforo come la Philips Aquarelle (o la Sylvania Aquastar o la Interpet Triton) con una lampada dalle caratteristiche della Osram Lumilux 21-840 (o Philips TLD 840 od altre lampade di simili proprietà).


 

Qual è la tendenza nell'illuminazione di acquari marini?

Dalle esperienze ed osservazioni condotte negli ultimi anni è emerso che molti organismi marini (principalmente invertebrati ed alghe superiori, escludendo le poche piante d'acqua salata che, d'altra parte, solo molto raramente è possibile ospitare in un acquario marino) hanno esigenze piuttosto dissimili da quelle delle piante acquatiche d'acqua dolce.

Effettivamente le condizioni di illuminazione che si incontrano nell'ambiente marino sono del tutto diverse da quelle presenti in un habitat d'acqua dolce. La mancanza di una vegetazione esterna che filtri i raggi del sole, come talvolta avviene negli habitat di acqua dolce, la frequente limpidezza dell'acqua, la notevole insolazione presente alle latitudini di provenienza di molte specie, la profondità anche relativamente notevole a cui alcuni organismi sono adattati ed altri fattori portano ad esigenze in termini di intensità di illuminazione e di distribuzione spettrale particolari.

Considerando le caratteristiche dell'illuminazione presente normalmente in natura, sembra pertanto indispensabile fornire una buona frazione di blu (che è la radiazione che viene meno assorbita dall'acqua e quindi penetra più in profondità) e di ultravioletti (UV, soprattutto quelli a lunghezza d'onda maggiore di 350-360 nm) unitamente ad una relativamente alta intensità illuminante. Anche in questo caso, come per l'acqua dolce, può essere opportuno fornire comunque uno spettro abbastanza completo, dunque senza lacune nella distribuzione spettrale, sia perché limitarsi a fornire solo alcune lunghezze d'onda potrebbe determinare carenze per vari organismi marini (soprattutto quelli che non vivono a rilevante profondità dove la radiazione filtrata dall'acqua è ormai quasi solo blu) sia perché l'effetto visivo così è sicuramente più piacevole.

In particolare la corretta illuminazione è determinante nell'allevamento di diversi invertebrati. Infatti a causa della presenza di alghe simbionti nei tessuti di gran parte di essi che producono numerosi composti necessari all'invertebrato, sono richieste elevate intensità (soprattutto per gli invertebrati che vivono nelle zone meno profonde) e buone dosi di blu e di UV.

Sulla base di queste esigenze vanno scelte le sorgenti luminose, che di solito, per soddisfare tutti i requisiti, devono essere miscelate tra loro.

Nel campo delle fluorescenti una buona soluzione si ottiene utilizzando una combinazione di lampade ricche di blu ed anche in parte di UV (come alcune trifosforo sviluppate per uso acquariologico) e di lampade a spettro completo, che però devono essere ad elevata temperatura di colore (così da contribuire anch'esse all'emissione nel blu e nell'UV). Per gli invertebrati più esigenti è inoltre opportuno aggiungere (accendendola nelle ore più centrali della giornata dell'acquario) una cosiddetta lampada "superattinica", comunemente chiamata anche "luce blu", proprio perché presenta un massimo nell'emissione attorno ai 420 nm, cioè proprio nel campo dei blu. Il nome "attinica" indica la capacità della luce di provocare alcune reazioni fotochimiche.

La mia combinazione preferita è pertanto:

  • 1 lampada da 6500 K a spettro completo (Ra>90), ad esempio Osram 72 Biolux od equivalente Philips TLD 965 (in alternativa per toni leggermente più caldi possono andare anche le lampade a 5300-5400 K, come la Osram Lumilux Deluxe 12 o la Philips TLD 950).

  • 1 lampada a 10000 K (ad esempio Sylvania Aquastar o Philips Aquarelle o Interpet Triton)

  • 1 lampada superattinica (ad esempio Philips TL 03, Sylvania Coralstar, Askoll Marine Glo, Belos, Bluemoon, quest'ultima con uno spettro un poco più ampio)

  • Il rapporto tra queste tre lampade dovrebbe essere appunto 1:1:1. Nel caso si vogliano mantenere solo pesci oppure si allevino invertebrati senza zooxantelle (le alghe simbionti) allora la lampada superattinica è superflua.

Le lampade ad alogenuri metallici sono pure molto adatte (emettendo in pratica uno spettro piuttosto completo) e possono sostituire le prime due lampade fluorescenti citate a patto che la loro temperatura di colore sia superiore a 5000 K (sono accettabili ad esempio le Osram HQI/D da circa 5300-5500 K, ma le 10000 K sono meglio, mentre le 20000 K , a mio giudizio, non rappresentano la miglior scelta). Tuttavia in molti casi è comunque consigliabile accoppiare anche una lampada superattinica (indicativamente per una potenza di circa 15-30 W ogni 150-250 W di lampade ad alogenuri metallici installate). Inoltre occorre fare attenzione che le lampade siano dotate di filtro (in pratica un vetro particolare che assorbe gli UV più di quanto possa fare un vetro ottico normale) per bloccare gli UV di lunghezza d'onda inferiore ai 360 nm (UV stop) che sono da considerarsi dannosi per molti organismi.

Per la durata del fotoperiodo, per la scelta della potenza installata e per le differenze tra lampade fluorescenti e lampade ad alogenuri metallici si rimanda alle risposte alle domande relative a questi specifici argomenti.

Qual è l'intensità ottimale di illuminazione?

È bene chiarire fin dall'inizio che sono diversi i fattori che possono influenzare la determinazione del flusso luminoso ottimale delle lampade. Tra questi:

-le caratteristiche della vasca (rapporti geometrici tra le dimensioni, acquari più profondi necessitano di maggiori potenze soprattutto se si utilizzano tubi fluorescenti);

-proprietà ottiche dell'arredamento (ad esempio rocce e fondo chiari o scuri);

-proprietà ottiche dell'acqua (acqua colorata o con particelle in sospensione può assorbire o diffondere la luce in misura molto diversa di un'acqua limpida);

-caratteristiche della sorgente di luce (ad esempio i raggi di luce "collimata" provenienti da una lampada ad alogenuri metallici portano ad effetti diversi da quelli prodotti dalla radiazione diffusa proveniente da un tubo fluorescente);

-esigenze specifiche delle piante e degli altri organismi;

-posizione delle piante e degli organismi all'interno della vasca;

-l'intensità non è l'unico fattore importante nella determinazione della quantità di luce ricevuta giornalmente dalle piante, ma anche la durata del fotoperiodo può avere importanza;

-lo spettro utilizzato;

-risultati che si desidera ottenere;

-altri fattori.

Nonostante ciò si possono tuttavia fissare alcune regole "generali" che hanno validità sicuramente limitata, ma possono essere utili come prime stime approssimate, da cui partire per ulteriori considerazioni o modifiche. In effetti non ritengo sia opportuno scendere troppo nel dettaglio nella valutazione della potenza delle lampade da installare, perché i fattori in gioco sono troppo numerosi per potere fornire regole od equazioni che tengano conto di tutti. In fondo nelle discussioni che si scatenano periodicamente su quale formula o calcolo funziona meglio tutti hanno ragione e tutti hanno torto.

Si premette che:

  • per i motivi già discussi è bene comunque fare riferimento alla potenza installata delle lampade (espressa ad esempio in watt) più che al flusso luminoso emesso espresso in lumen,

  • le regole date funzionano abbastanza per acquari di proporzioni "normali", nel qual caso si può fare riferimento unicamente al volume lordo (altezza dell'acqua x lunghezza della vasca x larghezza della vasca) dell'acqua nella vasca,

  • le regole date sono per lampade senza riflettori, altrimenti la potenza installata potrà essere inferiore,

  • l'intensità non può prescindere dallo spettro utilizzato, nel senso che con uno spettro "ottimale", cioè con uno spettro in cui la proporzione tra le intensità emesse alle diverse lunghezze d'onda riproduce la proporzione con cui tali radiazioni vengono utilizzate dal sistema, sarà possibile mantenersi ai livelli minimi di potenza assorbita necessari per la corretta illuminazione. Viceversa se uno spettro è carente nell'emissione in uno o più campi di lunghezza d'onda, per coprire comunque il fabbisogno in tali campi risulterà necessario aumentare l'intensità globale realizzando così uno spreco di energia. In altre parole è possibile ottenere buoni risultati anche con lampade che emettono con spettri non ottimali, ma al prezzo di sprecare energia per emettere intensità notevoli a lunghezze d'onda in cui il fabbisogno è già largamente coperto. Questo fenomeno ha portato talvolta alcuni acquariofili ad equivocare stabilendo che "fintantoche la potenza delle lampade installate è sufficiente, la distribuzione spettrale è ininfluente", mentre nella mia visione la conclusione dovrebbe essere che "anche con distribuzioni spettrali non ottimali (comunque sempre entro certi limiti) è possibile ottenere buoni risultati sempreche si garantisca che ad ogni lunghezza d'onda si raggiunga un certo livello minimo di intensità".

Ecco dunque alcune di queste regole.

Regole

  • Per acquari d'acqua dolce con piante si possono valutare circa 0,1-0,7 W/litro di acqua nella vasca, a seconda delle esigenze delle piante ospitate (0,1-0,2 per piante amanti di luce debole, 0,3-0,4 per piante adatte ad un'illuminazione media, 0,5-0,7 per piante che necessitano di una luce intensa).

  • Per acquari d'acqua dolce con pesci si può rimanere mediamente a 0,3 W/L.

  • Per acquari marini tropicali con pesci 0,4-0,5 W/L sono sufficienti, ma anche potenze più alte sono accettabili.

  • Per acquari marini con invertebrati sono necessari mediamente 1 W/L, ma anche più per allevare certe specie.

  • Per acquari mediterranei senza invertebrati particolarmente esigenti (certi anemoni lo sono) 0,3-0,4 W/L sono sufficienti.

Certamente, visto che il livello di luminosità dipende, come detto, da molti fattori, sarebbe preferibile potere poi misurare in qualche modo i risultati forniti dall'impianto di illuminazione nei diversi punti dell'acquario dove le piante andranno o sono state sistemate. Esistono strumenti in grado di fare questa operazione, ma in genere sono troppo costosi o complessi per un acquariofilo e spesso non forniscono neppure una lettura troppo precisa. Per una misurazione approssimata, ma probabilmente sufficiente allo scopo desiderato, si può ricorrere eventualmente all'esposimetro di una normale macchina reflex. Questo darà, soprattutto se lo spettro delle lampade è abbastanza completo, come è, d'altra parte, quello delle lampade ad elevato Ra consigliate, una lettura sufficientemente corretta dell'intensità luminosa del punto inquadrato da utilizzare poi nelle valutazioni.

Misura dell'illuminamento

Il modo di operare è il seguente (adattato da Greenhouses--planning, installing and using greenhoses. Ortho Bokks, 1991):

Occorre regolare la macchina fotografica ad una sensibilità di 25 ISO e per un tempo di esposizione di 1/60 di secondo. Quindi si dovrà inquadrare e mettere a fuoco l'oggetto su cui fare la misura. Quindi leggere per quale diaframma l'esposimetro segnala che l'esposizione è corretta. L'esposimetro di una fotocamera è adatto a leggere la luce riflessa, perciò, se si fa la misura inquadrando qualcosa che è bianco, si ha una buona lettura della quantità di radiazione che illumina quell'oggetto secondo la seguente tabella:

 

Apertura del diaframma

foot-candles

lx

f 2

100

1075

f 2.8

200

2150

f 4

400

4305

f 5.6

800

8610

f 8

1600

17220

f 11

3200

34445

Se l'oggetto inquadrato è verde (come la vegetazione), allora occorre correggere la lettura fatta aumentando di circa 2 stop (ad esempio, se la lettura è f 4, aggiungere 2 stop, cosicché la illuminanza risulta di 1600 foot-candles). Si ricorda che 1 lux equivale ad avere 1 lm/m² mentre 1 foot-candle equivale ad avere 1 lm/ft².

Una volta fatta la misura ci si può confrontare con dati reperibili in letteratura che indicano i livelli di illuminamento ottimali (dando per scontato che lo spettro sia ottimale, cioè "completo" come finora assunto) per diverse piante. Una fonte di questi dati può essere la tabella pubblicata su Aquarium Oggi n.1 1999, pag.55. In altre pubblicazioni le esigenze di alcune delle piante riportate in tale tabella sono classificate in modo diverso (ad esempio in "Piante acquatiche e palustri" di A.Mancini, Olimpia editore, si parla di luce "attenuata", "normale" ed "intensa") e quindi collegando questi dati è poi possibile estendere i valori di illuminamento ottimali ad altre piante di interesse con esigenze simili.

Quanto deve durare il fotoperiodo?

Il tempo di accensione delle luci in acquario determina il fotoperiodo con cui gli organismi nella vasca vengono illuminati, in quanto la luce che proviene dall'esterno può nella maggior parte dei casi (se l'acquario riceve direttamente luce solare la situazione è evidentemente diversa) soltanto rischiarare senza avere un'intensità sufficiente a superare il livello di soglia per fare avvenire ad esempio la fotosintesi.

Anche nella determinazione del tempo ottimale di accensione delle luci è consigliabile fare riferimento alla situazione che si realizza in natura per cercare di riprodurla in vasca. Personalmente sono abbastanza contrario ad alcuni artifizi, come quello di spegnere temporaneamente durante la giornata le luci per qualche ora, allo scopo di inibire la crescita delle alghe, perché non sono convinto della loro efficacia e dell'assenza di controindicazioni, anche se altri sono di diversa opinione.

Alcune caratteristiche che si riscontrano in natura sono qui di seguito elencate:

  • L'illuminamento non è costante durante l'arco della giornata.

  • Lo spettro della radiazione non è costante durante la giornata.

  • La direzione da cui proviene la luce varia durante la giornata con lo spostarsi del sole nel cielo.

  • La durata della "giornata" varia nel corso dell'anno.

  • Durante la notte la pur debole luce fornita dalla luna è rilevabile da molti pesci ed invertebrati.

  • Tutte le precedenti proprietà variano a seconda della latitudine o più in generale con la località presa in considerazione.

Dunque i fattori che andrebbero presi in considerazione sono molteplici e forse tenere conto di tutti è al di là della capacità dell'acquariofilo, anche se la tecnica sta cercando negli ultimi tempi di fornire soluzioni anche complesse che riproducano il più possibile la situazione in natura. Senza dovere arrivare però a soluzioni estremamente sofisticate (che non verranno perciò discusse) è tuttavia importante determinare quali, tra queste condizioni, sono più importanti e cercare di adattare di conseguenza il sistema d'illuminazione in modo da soddisfare, in maniera quanto più semplice possibile, tali esigenze. Talvolta anche con mezzi tecnici limitati si possono raggiungere buoni risultati.

Ad esempio è stato visto che è abbastanza opportuno ricreare un effetto di alba e tramonto, anche per evitare che alcuni animali reagiscano negativamente al cambio repentino di luce determinato dall'accensione contemporanea di tutte le luci dell'acquario. A tal fine sarebbe anche consigliabile che l'accensione e lo spegnimento avvengano in un ambiente che sia illuminato. Esistono soluzioni sofisticate per ricreare questi fenomeni naturali, ma in genere è sufficiente prevedere l'accensione e lo spegnimento sfalsati delle lampade, utilizzando un adeguato numero di timer per comandare l'accensione e lo spegnimento. Più lampade ci sono e più progressiva potrà essere l'accensione e lo spegnimento delle stesse. In questa operazione è anche bene, visto che non costa nulla in più, programmare l'accensione partendo dalle lampade poste in acquario ad "est" e procedere poi all'accensione di quelle centrali ed infine con quelle ad "ovest". I punti cardinali possono essere semplicemente "virtuali" non essendo necessario che coincidano con quelli reali. Lo spegnimento dovrebbe avvenire nello stesso ordine. Questo al fine di ricreare in maniera molto rozza lo spostamento del sole nella volta celeste.

Una soluzione ancora più sofisticata prevede di tenere conto nell'accensione progressiva dello spettro presente nei diversi momenti della giornata. Al mattino ed alla sera i blu e gli ultravioletti sono molto più scarsi che nelle ore centrali della giornata e vi è una relativa abbondanza di radiazioni a lunghezza d'onda maggiore. Dunque, potendo scegliere, è meglio accendere le lampade a minore temperatura di colore o ricche di radiazioni rosse all'alba ed al tramonto e quelle a maggior temperatura di colore nelle ore centrali. Chi utilizza nei marini lampade superattiniche è bene che le accenda solo nelle ore centrali della giornata (UV e blu sono scarsi od assenti negli altri momenti della giornata) anche perché è comunque opportuno tenere accese queste lampade, che emettono fotoni con elevata energia, per un periodo limitato e complessivamente minore di quello delle altre.

Nota: per aumentare l'effetto visivo di profondità nella vasca in genere si preferisce disporre le lampade a tonalità più calda in primo piano e quelle a tonalità più fredda verso lo sfondo. Questa scelta naturalmente può non accordarsi con alcune delle soluzioni appena presentate, per cui in tali casi si tratta di arrivare ad un compromesso attraverso una scelta personale.

Il discorso non si esaurisce qui, ma forse non è neppure opportuno approfondirlo troppo e passare invece a fornire alcune regole di base per la durata del fotoperiodo a seconda del tipo di acquario. Vi è da notare che la durata del fotoperiodo non può essere indicata con estrema precisione sia perché non esistono dati definitivi ed universali su cui tutti sono d'accordo sia perché dipende pure dall'intensità di illuminazione adottata, essendo possibile correggere, ma solo entro limiti ristretti, una scarsa illuminazione aumentando la durata del fotoperiodo e viceversa.

Acquario marino o d'acqua dolce tropicali:

La durata può essere di circa 8-10 ore al giorno (eventualmente si può arrivare anche a 12 ore). Tempi più brevi possono determinare carenze ed anche se vengono adottati da alcuni per limitare la crescita delle alghe è meglio, in tal caso, cercare di intervenire su altri fattori che sicuramente determinano lo sviluppo eccessivo delle alghe infestanti. Tempi più lunghi non sono necessari ed anzi possono determinare scompensi nella crescita di piante ed alghe superiori. L'alba ed il tramonto possono essere relativamente brevi (ad esempio circa 1 ora ciascuno), in quanto ai tropici queste fasi sono piuttosto veloci. Come già detto, nel caso si utilizzino nel marino anche lampade superattiniche è bene non esagerare nell'accensione di queste e mediamente un tempo di accensione di 4-6 ore nelle ore centrali della giornata può essere sufficiente. Le variazioni del fotoperiodo con la stagione possono anch'esse essere limitate ed eventualmente assenti. Una luce notturna molto debole è utile e si può cercare di variarne l'intensità per simulare le fasi lunari (in particolare nell'allevamento di invertebrati marini sembra che si dimostri efficace).

Acquario nostrano d'acqua dolce e marino mediterraneo.

Anche per questi acquari l'accensione mediamente può essere intorno alle 10 ore al giorno. Tuttavia è bene cercare di fornire una certa variazione "stagionale" all'illuminazione (anche l'andamento della temperatura dovrebbe variare con la stagione, ma in tal caso è evidentemente indispensabile un refrigeratore, che d'altra parte è estremamemente consigliabile per questo tipo di acquari), che in inverno può essere portata anche a sole 6-7 ore ed in estate sulle 15 ore. Le variazioni nella durata dovrebbero avvenire gradualmente e concentrate in corrispondenza dei due equinozi (di primavera ed autunno). L'alba ed il tramonto dovrebbero essere più lunghi che negli acquari tropicali e durare circa 2 ore l'uno.

È possibile combinare lampade a diverso spettro di emissione?

Non solo è possibile, bensì in molti casi consigliabile per cercare di correggere alcuni difetti o lacune dello spettro delle singole lampade.

Ad esempio una lampada trifosforo come la Philips Aquarelle (od equivalente) in acqua dolce può essere utilizzata accoppiata con lampade della serie 8xx (ad esempio una TLD 840) per "coprire" i buchi dello spettro di quest'ultima. D'altra parte anche in alcuni opuscoli di case produttrici, l'accoppiata tra lampade di queste caratteristiche è una delle più suggerite. L'accoppiamento (sempre per acqua dolce) della Aquarelle con lampade già a spettro completo (serie 9xx) non è invece, a mio parere, altrettanto consigliabile, in quanto si andrebbe a modificare una luce che di per sé è già sufficientemente adatta all'utilizzo in acquari senza alcuna correzione.

Anche una lampada "fitostimolante" (come la GroLux o la Osram Fluora) può essere utilizzata insieme ad una lampada a luce "bianca" od a luce "diurna" fornendo risultati accettabili.

Naturalmente molte altre combinazioni sono possibili per ottenere particolari risultati, come le diverse combinazioni proposte per i diversi tipi di acquario.

Nell'uso di più lampade a spettro diverso risulta comunque importante fare in modo che le luci emesse dai diversi tipi di lampade si miscelino abbastanza bene nella vasca, evitando di disporle in modo da avere zone estese illuminate solo da un tipo di lampada.
Nelle zone illuminate contemporaneamente da più lampade le radiazioni emesse in pratica si "sommano" fornendo uno spettro risultante costituito sostanzialmente dalla somma degli spettri emessi dalle singole lampade. Nelle figure seguenti sono riportati appunto, in base a questa regola, i risultati ottenibili accoppiando una Philips Aquarelle con una Philips TLD 840.

Risultante di Aquarelle + TLD 840

Come si può osservare nella figura lo spettro risultante è, a parte i due picchi notevoli attorno a 550 nm e 620 nm, significativamente più uniforme di quello delle due singole lampade e non è troppo dissimile da quello di una lampada a spettro completo della serie 9xx come il confronto nella seguente figura dimostra.

Confronto tra TLD 940 e spettro combinato. 

 

Fitostimolanti

Le lampade cosiddette "fitostimolanti" sono nate essenzialmente da studi sulla crescita di piante terrestri, che possono avere esigenze anche sostanzialmente diverse da quelle delle piante acquatiche, non fosse altro perché le piante acquatiche ricevono abitualmente una luce filtrata da uno strato d'acqua.

C'è comunque da dire che attualmente il termine "fitostimolante" viene utilizzato anche per indicare lampade che si ritengono adatte in generale alla crescita delle piante, non esistendo regole precise per l'utilizzo di tale aggettivo, cosicché può essere etichettata in tal modo qualsiasi lampada come avviene talvolta anche per fini puramente commerciali. Il significato originale del termine, adottato anche in questo contesto, è che la lampada emetta un certo spettro particolarmente ricco di rossi ed anche in misura minore di blu, sulla falsariga delle "fitostimolanti" più classiche quali la Sylvania Grolux o la Osram Fluora.

Quello che allo stato attuale sembra assodato è che il tipo di luce emessa da questo tipo di lampade sia gradita anche dalle piante acquatiche, ma lo sia soprattutto dalle alghe, che perciò alla fine ne risultano fortemente avvantaggiate.

Pertanto, contrariamente a quanto avveniva in passato, ormai nessuno le consiglia più per un utilizzo in acquari.

Luce blu

L'utilizzo di una lampada a luce "blu" (in genere si intende con questo termine una lampada cosiddetta superattinica con picco di emissione attorno a 420 nm) è pratica normale nell'acquario marino a cui si rimanda per le considerazioni relative.

Per quanto riguarda gli acquari d'acqua dolce invece non pare in genere necessario ricorrere a lampade di questo tipo. Alcuni tuttavia le utilizzano ugualmente soprattutto al fine di accentuare alcuni colori presenti nella livrea di alcuni pesci come alcune specie di ciclidi. Finché la percentuale di luce rispetto al totale fornita da queste lampade costituisce una frazione minore non ci sono particolari controindicazioni.

Infine l'utilizzo delle lampade a luce "blu" (o superattinica) come luce "notturna" non è consigliabile in quanto nell'emissione è presente una discreta quantità di raggi UVA che nella luce notturna in natura viceversa sono completamente assenti e possono disturbare alcuni organismi presenti in vasca.

Quali sono vantaggi e svantaggi nell'utilizzo di lampade ad alogenuri metallici o di lampade fluorescenti?

Ecco una lista sommaria di svantaggi e vantaggi nell'utilizzo di tubi fluorescenti e di lampade ad alogenuri metallici .


Fluorescenti

Vantaggi:

  • tecnologia ormai molto sviluppata ed arrivata ad un buon grado di ottimizzazione

  • disponibilità di un numero molto elevato di tipi e potenze

  • costo di acquisto relativamente basso

  • efficienza energetica elevata

  • scaldano relativamente poco

  • possono essere posizionate in acquari coperti ed anche in acquari scoperti utilizzando opportune plafoniere sospese

Svantaggi

  • emissione diffusa

  • potenza unitaria limitata


Alogenuri

Vantaggi:

  • generalmente lo spettro di emissione è abbastanza completo

  • efficienza energetica elevata

  • emissione diretta (raggi di luce collimati)

  • potenza unitaria anche elevata

Svantaggi:

  • costo unitario relativamente alto

  • necessità di utilizzare plafoniere apposite (in genere piuttosto costose)

  • ciascuna lampada emette una rilevante quantità di calore

  • necessità di filtrare gli UV emessi

  • non sono adatte per acquari coperti

  • disponibilità di non molti modelli


È opportuno approfondire un poco alcuni dei punti precedenti, partendo eventualmente, per chi è interessato, dalla conoscenza della tecnologia che è alla base delle lampade ad alogenuri metallici e delle lampade fluorescenti, appartenenti entrambe alla categoria delle "lampade a scarica" .

L'efficienza di trasformazione dell'energia assorbita sia per le fluorescenti che per le lampade ad alogenuri metallici è elevata, anche se queste ultime si comportano un poco meglio. In ogni caso la differenza non è forse sostanziale e non pesa, a mio parere, in maniera decisiva sulla scelta. Sono probabilmente altre le caratteristiche in cui le differenze risultano più importanti.

A conferma di quanto affermato nel seguente grafico vengono confrontate le efficienze per quanto riguarda il flusso luminoso, il PAR e l'energia raggiante tra una fluorescente (TLD 940) ed una ad alogenuri metallici (Philips mastercolour CDM/942), lampade che in quanto a tonalità di luce fornita si assomigliano molto essendo le loro temperature di colore rispettivamente di 3800 e 4200 K e gli indici di resa dei colori rispettivamente pari a 95 e 92.

I valori sono normalizzati per un confronto diretto assumendo pari ad 1 il valore per la lampada più efficiente.

Efficienze: fluorescente vs alogena

L'efficienza di emissione di PAR, che è in pratica l'energia delle radiazioni emesse nel campo da 400 a 700 nm, cioè nel campo di lunghezze d'onda di maggior interesse in acquariologia, è per la lampada fluorescente pari a circa l'87 % di quella della lampada ad alogenuri e dunque tutto sommato la differenza non è trascurabile, ma ritengo neppure decisiva.

Anche per quanto riguarda lo spettro di emissione si può concludere che non esistono sostanziali vantaggi nell'utilizzare uno dei due tipi di lampade in quanto ormai è possibile trovare (anche se talvolta con difficoltà, pur se esistenti a catalogo) sia lampade fluorescenti che ad alogenuri metallici in grado di fornire spettri molto simili.

Ad esempio, nonostante talvolta venga affermato che lo spettro di opportune lampade ad alogenuri metallici è migliore di quello fornito da lampade fluorescenti per alcune applicazioni particolari, quali lo sviluppo e la crescita di coralli, in realtà, anche attraverso un'opportuna scelta di lampade fluorescenti, è sicuramente possibile ottenere lo stesso risultato, tant'è che anche al GARF (Geothermal Aquaculture Research Foundation), uno dei centri specializzati per la riproduzione di coralli, si utilizzano lampade fluorescenti (Triton e Blue Moon). È comunque vero che le lampade ad alogenuri metallici consentono di raggiungere molto più facilmente le elevate potenze di emissione di luce indispensabili allo sviluppo di molte specie di coralli, in quanto la potenza emessa da una singola lampada ad alogenuri è molto più elevata di quella emessa da una singola lampada fluorescente. Quindi ogni volta che l'intensità di luce deve essere molto elevata le lampade fluorescenti possono essere utilizzate solo se fornite di riflettori e disposte molto vicine fra loro, mentre con lampade ad alogenuri metallici la soluzione appare meno problematica.

L'elevata potenza unitaria fornita dalle lampade ad alogenuri metallici può in alcuni casi costituire uno svantaggio ed ad esempio renderle non molto convenienti nei casi in cui si abbiano acquari o abbastanza piccoli o da illuminare con non molta luce. In effetti la potenza minima delle lampade ad alogenuri metallici è, per molti tipi, di 75 W che possono già risultare eccessivi per un piccolo acquario. Inoltre di solito la zona illuminata da una lampada ad alogenuri montata sull'apposita plafoniera è abbastanza limitata in lunghezza e se il riflettore non è disegnato opportunamente la distribuzione dell'intensità nel cono di luce uscente non è sufficientemente uniforme, mentre i tubi fluorescenti lineari arrivano anche a lunghezze di 1,5 m con una distribuzione delle intensità piuttosto uniforme in tutta la lunghezza. Per cui se si vuole illuminare un acquario piuttosto sviluppato in lunghezza occorre disporre più di una lampada ad alogenuri metallici, il che può portare ad avere così una potenza installata eccessiva per un acquario che non abbia particolari esigenze di intensità luminosa (ad esempio un acquario di acqua dolce con soli pesci). In pratica utilizzando lampade ad alogenuri metallici si corre il rischio di consumare abbastanza in energia elettrica non perché siano meno efficienti (anzi) ma perché si tende ad illuminare di più di quanto ci si accontenterebbe utilizzando lampade fluorescenti e talvolta più di quanto sia necessario (mentre con lampade fluorescenti il rischio è talvolta di illuminare meno di quanto necessario).

La quantità di calore emessa (per quantità di energia emessa) da lampade fluorescenti ed ad alogenuri metallici è molto simile, ma, visto che le lampade ad alogenuri hanno delle potenze molto più elevate ed occupano anche meno spazio, il calore sviluppato può raggiungere valori localmente molto elevati. Questo fenomeno e la necessità di mantenere la lampada con il proiettore ad una certa distanza dalla superficie dell'acqua per potere distribuire la luce su di una sufficiente superficie precludono l'utilizzo delle lampade ad alogenuri metallici in vasche coperte. Senza entrare nella discussione su vantaggi e svantaggi delle vasche coperte rispetto a quelle aperte, occorre tuttavia osservare che, se la scelta è caduta su vasche coperte, l'illuminazione con alogenuri metallici è sicuramente da scartare, mentre per acquari aperti possono essere utilizzate sia lampade ad alogenuri metallici che lampade fluorescenti, anche se queste ultime per tale applicazione non sono forse la scelta ottimale in quanto devono essere montate su plafoniere con riflettori che però funzionano in maniera sufficientemente efficiente solo se poste non molto lontane dalla superficie dell'acqua.

Una caratteristica sicuramente positiva delle lampade ad alogenuri metallici è che i raggi di luce emessi sono collimati, cioè dalla lampada partono raggi di luce con ben precise direzioni, mentre per le lampade fluorescenti l'emissione avviene in tutte le direzioni (emissione diffusa) da tutti i punti del tubo su cui si trovano i fosfori. In pratica se la radiazione è collimata in un punto illuminato arriva il raggio emesso da un certo punto della lampada ad alogenuri, mentre con la lampada fluorescente un punto viene illuminato da raggi provenienti da diversi punti. La differenza è, grossomodo, quella che si ha tra i raggi solari collimati che arrivano sulla terra in una giornata serena e che generano ad esempio ombre nette e la radiazione diffusa che si ha in giornate nuvolose in cui la luce in un punto sulla terra (a prescindere dall'intensità) arriva dal cielo da molte direzioni. Dal punto di vista pratico questa caratteristica porta sia a generare ombre più nette sia ad un miglior rendimento dei riflettori che possono essere disegnati in maniera più efficiente. L'effetto estetico della luce prodotta dalle lampade ad alogenuri metallici con la proiezione in acquario di una maglia di picchi di luce ed ombre generati dalle onde in superficie è di conseguenza sicuramente molto più gradevole di quello ottenibile con lampade fluorescenti.

Inoltre, visto che un'emissione diffusa porta ad una maggior dispersione della radiazione nelle varie direzioni pur utilizzando riflettori, mentre il fascio di luce uscente dalla plafoniera di una lampada ad alogenuri con riflettore è normalmente abbastanza "concentrato", l'attenuazione dell'intensità per pura distribuzione della luce su superfici via via maggiori allontanandosi dalla lampada rende le lampade fluorescenti poco adatte ad illuminare con efficienza acquari piuttosto profondi. Da questo punto di vista, se l'acquario risulta più profondo di un certo valore (indicativamente tale valore potrebbe essere 50-60 cm) la scelta dovrebbe perciò essere indirizzata verso lampade ad alogenuri metallici, con le quali l'intensità di luce subisce un calo minore ad una certa distanza dalla sorgente.

Concludendo, la scelta tra alogenuri metallici e lampade fluorescenti deve essere fatta tenendo conto delle considerazioni sopra esposte ed applicandole ai singoli casi.

Quali sono vantaggi e svantaggi nell'utilizzo di gruppi tradizionali od elettronici di accensione per lampade fluorescenti?

Nei gruppi di accensione elettronici si trovano solo componenti elettronici, mentre nei reattori con starter il reattore è un gruppo elettromagnetico che scalda, assorbe energia, pesa ed ingombra. Le lampade fluorescenti compatte ora in uso (energy savings) hanno un gruppo di accensione elettronica, anche perché un gruppo convenzionale non potrebbe stare all'interno dei portalampade normali. Per i tubi fluorescenti lineari normali esistono gruppi di accensione elettronica, ma non sono ancora molto diffusi, sia perché le plance in genere montano già gruppi di accensione convenzionali, ma soprattutto per il maggior costo iniziale.

Tuttavia i vantaggi che derivano dall'uso dei gruppi elettronici sono diversi e possono ripagare in un tempo relativamente breve il maggior costo iniziale. Essi sono:

  • accensione immediata o quasi;

  • assenza di sfarfallii. Le lampade funzionano ad una frequenza più elevata (solitamente 30 kHz contro 100 Hz con accensione tradizionale) e quindi nessun effetto stroboscopico è avvertibile non solo dagli uomini (per i quali la frequenza di 100 Hz, anche se è considerata una frequenza oltre la percezione visiva, può comunque costituire un fattore di stress per le persone esposte, come alcuni studi commissionati da Osram hanno dimostrato), ma neanche da organismi probabilmente capaci di rilevare frequenze più alte degli umani;

  • i neon più difficilmente si anneriscono alle estremità come avviene dopo un certo tempo con i gruppi di accensione normali, grazie alla minore temperatura di funzionamento;

  • silenziosità, infatti, al contrario dei gruppi magnetotermici tradizionali che spesso emettono un fastidioso ronzio, i gruppi elettronici risultano solitamente molto silenziosi;

  • l'efficienza energetica è superiore il che significa che a parità di luce prodotta consumano meno;

  • il gruppo di accensione scalda molto poco (pertanto possono essere sistemati con maggior sicurezza anche al di sotto di coperchi in plastica);

  • maggior durata delle lampade, che è anche conseguenza di alcune delle caratteristiche prese in considerazione ai punti precedenti;

  • anche le lampade funzionano ad una temperatura leggermente più bassa ed è solitamente più facile mantenere la temperatura ottimale di funzionamento, che per le lampade fluorescenti moderne è attorno ai 40 °C (a temperatura diverse lo spettro di emissione può modificarsi rispetto a quello nominale e l'efficienza energetica cala).

Svantaggi:

  • costo più elevato;

  • sono, sotto alcuni aspetti, più delicati, anche se, in condizioni normali di funzionamento, la "vita" di un gruppo elettronico di accensione è piuttosto lunga.

Esistono gruppi di accensione elettronici prodotti direttamente da aziende acquaristiche (ad esempio la Tecna System ne produce alcuni modelli). Il costo dipende anche dalla potenza delle lampade e sono più convenienti quelli che comandano l'accensione contemporanea di 2 o più lampade. A costi forse inferiori si possono trovare anche i gruppi della Philips, della Osram e di altre marche, come la Magnetek e la Relco, per i quali di solito è necessario realizzare in proprio i collegamenti.

Ho quindi eseguito alcune misure sulla corrente assorbita da alcuni gruppi tradizionali ed elettronici di accensione per lampade fluorescenti.


PROVE GRUPPI DI ACCENSIONE

È stata misurata l'intensità di corrente assorbita dal gruppo per fare funzionare 1 o 2 lampade Philips TLD 36W /840 NG.
Nel caso delle prove con una sola lampada è stata anche misurata con un luxmetro l'illuminanza fornita in un punto al di sotto della stessa ad una distanza di 45 cm dal suo asse, in corrispondenza della metà della lunghezza.

I gruppi provati sono i seguenti:
Gruppo elettronico Tecna System targato nominalmente per 1 o 2 lampade da 25-38 W (in seguito indicato come TECNA).
Gruppo elettronico di accensione: OSRAM QUICKTRONIC Economic QTEC 2X36 targato nominalmente per 1 o 2 lampade da 36 W (in seguito indicato come OSRAM).
Gruppo magnetotermico tradizionale con starter per l'accensione di 1 lampada da 40 W (adatto, a detta del venditore, anche per lampade da 36 W, in quanto non esistono, pare, gruppi specificatamente dedicati a questa potenza). In seguito tale gruppo verrà indicato come MGNT.
Sono stati provati se disponibili alcuni esemplari per ogni gruppo di accensione, al fine di rilevare eventuali differenze tra di essi. I diversi esemplari vengono indicati con numeri progressivi.

Risultati:

Gruppo

Numero di lampade

Corrente

A

Illuminanza

lx

Potenza attiva assorbita

W

Illuminanza/Potenza

lx/W

OSRAM 1

1

0.135

878

28

31

OSRAM 1

2

0.27

---

56

---

TECNA 1

1

0.11

584

23

---

TECNA 1

2

0.22

---

46

---

TECNA 2

1

0.15

937

31

30

TECNA 2

2

0.29

---

61

---

TECNA 3

1

0.13

887

27

33

TECNA 3

2

0.22

---

46

---

MGNT 1

1

0.41

1958 con riflettore esterno

46

---

MGNT 2

1

0.34

869

38

23

Osservazioni:
I gruppi elettronici assorbono una potenza inferiore (come si vede in molti dei casi oltre il 20 % in meno) a quella richiesta dai gruppi magnetotermici, pur fornendo una resa luminosa praticamente equivalente. Vi è anche da notare che praticamente tutti assorbono una potenza inferiore a quella nominale della lampada, indice che la lampada è, in un certo senso, sottoalimentata e questo dovrebbe ripercuotersi positivamente anche sulla durata.
I gruppi Tecna ed Osram si comportano in maniera molto simile, ad eccezione del gruppo TECNA 1, che appare difettoso ed in effetti è stato immediatamente sostituito in garanzia dal rivenditore.
L'innalzamento di temperatura dei gruppi magnetotermici è molto più elevato dei gruppi elettronici che rilasciano molto poco calore. Anche le lampade funzionanti con i gruppi magnetotermici si scaldano molto di più e la sensibile differenza di temperatura soprattutto alle estremità è rilevabile anche al tatto.
I gruppi elettronici hanno un costo di acquisto più elevato. I costi sono di quasi 150000 lire per il Tecna, e di circa 100000 lire per il gruppo Osram, che però viene venduto con i collegamenti elettrici da realizzare, al contrario del Tecna che è gia predisposto al collegamento alla rete ed ai portalampade stagni utilizzati in acquariologia. Un gruppo magnetotermico già pronto si può anche trovare ad un prezzo attorno alle 30-40000 lire oppure meno se allestito a partire dai singoli pezzi.
Non sono state condotte prove di durata, ma è opinione comune che il decadimento nel tempo delle prestazioni delle lampade azionate da gruppi elettronici sia significativamente inferiore a quello delle lampade azionate
da gruppi magnetotermici.

Per quanto riguarda i gruppi commercilizzati dalla Philips l'indirizzo a cui trovare informazioni è:
http://www.eur.lighting.philips.com/

Per i Magnetek: http://www.magnetek.it/
Per quelli della Osram, i gruppi principali per lampade fluorescenti, sono:
Quicktronic De Luxe
Quicktronic Economic
Quicktronic De Luxe Dimmerable (a luminosità regolabile)
ed altri.
Ci sono poi diverse sigle a seconda della potenza e del numero di lampade comandate, ad esempio QTEC 2X36 è il Quicktronic Economic per 2 lampade fluorescenti da 36 W.

Molto probabilmente la qualità dei gruppi di diverse marche non è la stessa. Sembra assodato che esistano gruppi migliori ed altri di qualità peggiore perché progettati male o perché utilizzano componenti economici. Tuttavia è difficile dire quali sono i fattori da tenere in considerazione per la valutazione della qualità del gruppo di accensione, anche perché le caratteristiche devono tenere conto del tipo di applicazione (esistono ad esempio gruppi ottimizzati per accensioni poco frequenti e gruppi più adatti ad un'accensione più rapida e frequente). Una prova comparativa, di cui al momento si sente la mancanza, potrebbe aiutare molto nella scelta.

I riflettori sono utili ?

Senza alcun sistema per il suo recupero, tutta la luce che non viene indirizzata direttamente verso la vasca viene persa, anche se è costata esattamente come quella che poi invece viene utilizzata. Riuscire ad utilizzare la maggior parte di questa frazione persa rappresenta quindi principalmente un risparmio.

Non solo, ma in certi casi, senza riflettori, non è possibile raggiungere i livelli di illuminazione richiesti per certe applicazioni. Ad esempio una vasca con determinati invertebrati marini può richiedere un'intensità di luce che con le lampade fluorescenti non può essere raggiunta neppure utilizzando un numero elevato di lampade disposte molto accostate, a patto che non si utilizzino riflettori. In effetti uno dei limiti principali dell'illuminazione con lampade fluorescenti è che la potenza emessa da una singola lampada è relativamente limitata (rispetto ad esempio delle lampade ad alogenuri metallici) e quindi evitare di perderne una frazione e poterla sfruttare più completamente appare talvolta indispensabile.

La domanda va quindi riformulata nei termini: i riflettori sono efficaci nel recupero della frazione di luce che andrebbe altrimenti persa e quindi vale la pena utilizzarli?

Alcune considerazioni preliminari:

La semplice verniciatura bianca dell'interno dei coperchi in genere non è molto efficiente nel riflettere sia perché la riflessione è diffusa e quindi dispersa in tutte le direzioni sia perché la riflessione è solo parziale e la radiazione viene riflessa bene solo per alcune lunghezze d'onda (ad esempio parte del blu, UV-A ed infrarossi vengono quasi completamente assorbiti, anche se queste possono essere radiazioni utili in acquario).

Sotto diversi punti di vista il miglior materiale per riflettori da utilizzare in acquari è l'alluminio (trattato per evitarne l'ossidazione) per diversi motivi quali: atossicità, resistenza all'ambiente umido, alta efficienza nella riflessione speculare a tutte le lunghezze d'onda di interesse, ecc.

Ho fatto quindi qualche prova appunto per rendermi conto in qualche misura dell'efficienza dei riflettori per lampade fluorescenti, tenendo presente che l'efficienza di questi è generalmente minore di quella dei riflettori per lampade ad alogenuri sia per motivi geometrici sia per la natura diffusa dell'emissione delle lampade fluorescenti che rende più difficile concentrare con una buona resa i raggi luminosi verso le direzioni desiderate.

Ecco i risultati ottenuti.


PROVE DEI RIFLETTORI

Materiali utilizzati e modalità delle prove:

Lampada # 1: Philips TLD 36W /840 NG che nominalmente fornisce 3350 lm ed una temperatura di colore di 4000 K
Lampada # 2: Philips TLD 36W /840 NG REFLEX che nominalmente fornisce 3350 lm ed una temperatura di colore di 4000 K (lampada con riflettore interno incorporato).
Riflettore esterno Juwel per lampada lunga 120 cm, per uso acquariologico .
Gruppo elettronico di accensione: OSRAM QUICKTRONIC Economic QTEC 2X36 (atto a comandare l'accensione di 1 o 2 lampade da 36 W, in queste prove è stato utilizzato per accendere una sola lampada).
L'illuminanza fornita è stata misurata con un luxmetro in un punto al di sotto la lampada (disposta orizzontalmente) ad una distanza di 45 cm dall'asse della lampada, in corrispondenza della metà precisa della lunghezza della lampada.
Non erano presenti altre sorgenti di luce e le pareti dell'ambiente erano sufficientemente lontane da poter trascurare la radiazione riflessa dalle pareti stesse.
Costo della lampada # 1 : 6637 lire (IVA compresa)
Costo della lampada # 2 : 18879 lire (IVA compresa)
Costo del riflettore Juwel : circa 30000 lire

Risultati:

 

Lampada

Illuminanza (lx)

TLD 840 senza riflettori

880 lx

TLD 840 Reflex con riflettore interno incorporato

1470 lx

TLD 840 con riflettore esterno Juwel

1960 lx

Osservazioni:

Il riflettore interno è abbastanza efficiente, ma significativamente meno efficiente del riflettore esterno, che fornisce in assoluto buoni risultati.
Con il riflettore esterno l'aumento della luce disponibile nel punto di misurazione è del 122 % rispetto al caso senza riflettore.
In altri punti non posti proprio sotto alla lampada (ricordo che l'illuminanza è stata in ogni prova misurata solo in questo punto) l'aumento di luce rispetto alla lampada senza riflettore è meno elevato, ma comunque sempre rilevabile.
Il riflettore interno costa di meno di quello esterno (costo stimabile in circa 12200 lire contro circa 30000 lire), ma è meno efficiente (68 % di aumento della luce contro il 122 % di aumento con riflettore esterno), è disponibile solo per
pochissimi tipi di lampade e il suo utilizzo termina con l'esaurimento della lampada, mentre il riflettore esterno può essere applicato ad ogni tipo di lampada ed essere utilizzato più a lungo sostituendo solamente la lampada.
Infine, visto che il costo dei riflettori per uso acquariologico non è in assoluto molto elevato ed hanno una vita utile piuttosto lunga, non credo che in fondo sia conveniente rivolgersi verso soluzioni più artigianali quali l'utilizzazione di fogli di alluminio che, anche se costano meno, non garantiscono sicuramente la sicurezza, la durata e soprattutto l'efficienza dei primi. Tuttavia, per chi ha un minimo di abilità manuale l'utilizzo di lamiera di alluminio, reperibile in negozi specializzati nella vendita di materiale metallico, può costituire una soluzione ancora più economica.

Effetto della profondità sulla luce

La luce emessa dalla lampada, caratterizzata principalmente da intensità e spettro, si modifica all'aumentare della profondità essenzialmente per due motivi:

  1. assorbimento;

  2. allargamento del fascio di luce emesso all'aumentare della distanza dalla lampada.

L'assorbimento può avvenire da parte di materiali opachi, come rocce, piante, alghe, materiali d'arredamento, che schermano completamente la luce eventualmente riflettendo in parte solo alcune lunghezze d'onda, oppure da parte dell'acqua, che assorbe parzialmente la radiazione luminosa.

Mentre l'allargamento del fascio di luce emesso interessa soltanto l'intensità della luce, l'assorbimento può anche modificare lo spettro della radiazione in quanto l'acqua assorbe in misura diversa le radiazioni a seconda della loro lunghezza d'onda.

Si partirà considerando un caso ideale, e via via si passerà a vedere quali sono gli effetti che ci si può attendere dai diversi fattori che entrano in gioco.

Effetto dell'assorbimento

L'assorbimento porta ad un calo esponenziale dell'intensità all'aumentare della profondità. Normalmente l'equazione che descrive tale diminuzione lungo un raggio di luce è la cosiddetta legge di Lambert-Beer che si può scrivere come: I=I0 exp(-kl d) dove I0 è l'intensità ad un certo punto (ad esempio in superficie), I è l'intensità alla distanza d da questo punto e kl è il coefficiente di assorbimento. Quest'ultimo è funzione della lunghezza d'onda per cui, come detto, la frazione assorbita non è la stessa per tutte le radiazioni che compongono lo spettro.

Nella figura seguente è riportato l'andamento del coefficiente di assorbimento in funzione della lunghezza d'onda per acqua pura.

Coefficienti di assorbimento

Con questi valori dei coefficienti di assorbimento, lo spettro a diverse profondità risultante dall'assorbimento della luce emessa da una lampada fluorescente a "spettro completo" (una Philips TLD 940) diventa quello riportato nella seguente figura.

Assorbimento

L'osservazione di questo grafico induce a qualche considerazione.

La radiazione a lunghezze d'onda minori (nel blu e nell'UVA) rimane praticamente inalterata anche fino a 10 m.

La radiazione a lunghezze d'onda più lunghe (nel rosso principalmente) viene invece assorbita per una frazione anche rilevante, tuttavia per le profondità tipiche di un acquario (fino a 50 cm) l'assorbimento non è trascurabile, ma non è neppure tale da comportare una modifica sostanziale dello spettro. Anche fino ad 1 m di "cammino ottico" del raggio nell'acqua la variazione dello spettro non è accentuata.

Questo significa dunque che l'attenuazione dell'intensità della luce e le modifiche allo spettro derivanti dall'assorbimento nell'acqua in un acquario domestico non sono tutto sommato tali da determinare sostanziali variazioni della luce fornita al variare della profondità.

La situazione si potrebbe modificare abbastanza nel caso di acque non pure o pulite, con la presenza di particelle in sospensione o di sostanze disciolte in grado di assorbire anch'esse la radiazione. Spesso ad esempio composti organici, come quelli che si formano nei processi di decomposizione del cibo non consumato e dei rifiuti degli organismi presenti in vasca, danno picchi di assorbimento nel campo dei blu e degli UVA tendendo a fornire all'acqua una colorazione ambrata o giallina. In tale evenienza l'assorbimento aumenta, in quantità difficilmente prevedibile, ma con un aumento che interessa principalmente le lunghezze d'onda più corte (blu ed UVA), che sono quelle maggiormente assorbite da queste classi di composti, mentre nel campo della radiazione rossa le variazioni rispetto all'acqua pulita sono relativamente contenute.

Allargamento del fascio luminoso.

Il fascio di luce che parte da una sorgente luminosa si può allargare e pertanto l'intensità cala allontanandosi semplicemente dal punto di emissione a prescindere dall'assorbimento da parte dell'acqua precedentemente discusso. Anche se è opinione diffusa che tale diminuzione sia proporzionale alla distanza al quadrato, tuttavia questo non è vero in generale per tutte le sorgenti lunimose. Anzi per le lampade fluorescenti il calo (tranne che nelle zone più vicine alle estremità della lampada, che però hanno relativamente poca importanza) risulta proporzionale alla distanza dalla lampada e non al suo quadrato. Per sorgenti puntiformi o quasi (ed a queste possono essere assimilate le lampade ad alogenuri metallici e quelle a vapori di mercurio con i propri riflettori) invece il calo è effettivamente in pratica proporzionale alla distanza al quadrato. Parrebbe pertanto più opportuno utilizzare lampade fluorescenti per illuminare acquari più profondi, visto che con l'aumentare della distanza con queste si ha un calo di intensità in proporzione meno pronunciato. In realtà occorre considerare alcune particolarità dell'utilizzo delle lampade nelle vasche che alla fine possono pesare parecchio sulla funzionalità.

In teoria le pareti dell'acquario possono riflettere gran parte delle radiazioni che incidono meno perpendicolarmente alla superficie dei vetri. Dunque soltanto una certa parte di raggi che partono dalla lampada escono attraverso i vetri laterali, mentre gli altri subiscono anche più di una riflessione rimanendo all'interno della vasca finché non incontrano una superficie opaca. Infatti se si prova a guardare attraverso i vetri laterali della vasca verso l'alto in direzione della lampada, ci si potrà accorgere che soltanto in certe posizioni si riesce a vedere direttamente la "luce emessa dalla lampada", costituita dai raggi che escono direttamente attraverso i vetri proprio perché gran parte dei raggi emessi vengono invece riflessi e rimangono all'interno dell'acquario. In un certo senso l'acquario si comporta come un'enorme fibra ottica di grande sezione. In alcune vasche di acquari pubblici (come ad esempio nella vasca delle meduse all'acquario di Genova ed in quella di alcuni pesci di mare aperto mediterranei all'acquario del Museo oceanografico di Monaco) si sfrutta infatti questo fenomeno per illuminare vasche alte alcuni metri fornendo luce soltanto dall'alto, con un effetto piuttosto scenografico. Nell'acquario domestico tuttavia è bene non fare troppo affidamento su questo fenomeno sia perché i vetri possono essere ricoperti da un sottile strato di alghe che riduce sensibilmente la riflessione sia perché comunque la luce viene in gran parte assorbita sui materiali di arredamento.

Inoltre vi è anche da considerare come i riflettori possono modificare il fascio luminoso emesso dalle lampade. In effetti i riflettori per lampade puntiformi forniscono fasci molto più concentrati e direzionati di quelli (quando sono utilizzati) forniti da lampade fluorescenti, per le quali, visto che l'emessione è diffusa dalla superficie esterna della lampada, è progettualmente molto più difficile concentrare il fascio di luce. Il risultato è che con lampade puntiformi risulta più semplice illuminare la zona desiderata alla profondità a cui si trova ed a tal fine in genere è sufficiente regolare solo la distanza del gruppo lampada-riflettore dalla superficie dell'acqua. Viceversa con lampade fluorescenti, pur se dotate di riflettore, il posizionamento è quanto più vicino alla superficie dell'acqua (compatibilmente con la protezione dagli spruzzi) per ridurre le dispersioni laterali al di sopra dell'acqua. Di regola pertanto le fluorescenti si trovano a circa 10-15 cm al di sopra della superficie, mentre le lampade ad alogenuri metallici od a vapori di mercurio a 60-80 cm . Quindi, anche se il calo dell'intensità in relazione alla distanza segue le leggi prima citate, all'interno dell'acqua la distribuzione dell'intensità con una lampada ad alogenuri metallici od a vapori di mercurio (posta più lontano dalla superficie) può risultare più uniforme che con una lampada fluorescente.

La situazione che si realizza è schematizzata nel seguente grafico dove viene riportato il calo dell'intensità della radiazione rispetto a quella entrante alla superficie dell'acqua, che si determina per effetto dell'allargamento del fascio luminoso.

Intensità vs. distanzaÈ evidente che la distribuzione fornita dalla lampada ad alogenuri metallici è più uniforme di quella risultante con una lampada fluorescente. Quest'ultima d'altra parte non può essere disposta molto lontano dalla superficie dell'acqua in quanto anche con gli eventuali riflettori o plafoniere disponibili sul mercato gran parte della radiazione emessa verrebbe indirizzata verso l'esterno senza entrare in vasca. In altre parole con lampade ad alogenuri metallici fornite di riflettori risulta più facile (o meglio più efficiente) la copertura delle zone che si desidera illuminare da parte del cono di luce prodotto. In definitiva le lampade fluorescenti sono penalizzate dalla mancanza di riflettori della stessa efficienza di quelli per lampade ad alogenuri metallici quando si tratta di illuminare in profondità e non tanto dall'assorbimento da parte dell'acqua, che come visto è comunque piuttosto modesto. Purtroppo non è possibile realizzare riflettori di elevata efficienza per lampade fluorescenti a causa dell'emissione diffusa dalla superficie interna dove sono disposti i fosfori, anche se i riflettori presenti sul mercato non funzionano probabilmente in modo ottimale e sarebbe possibile in molti casi fare di meglio

Vita utile della lampada.

Le prestazioni di una lampada di qualsiasi tipo (ad incandescenza, fluorescente, ad alogenuri metallici, ecc.) decadono nel tempo per effetto di alcuni meccanismi fisici di invecchiamento. Il decadimento in genere riguarda sia un calo dell'intensità emessa che una modifica dello spettro di emissione.

Sui cataloghi sono spesso reperibili dati sulla durata delle lampade, che, grazie allo sviluppo delle tecnologie, negli ultimi anni si è andata allungando soprattutto per alcuni tipi di lampade. Questo dato viene determinato dal produttore seguendo normative ben definite, che tuttavia possono essere ben diverse dalle reali condizioni di esercizio in cui una lampada viene utilizzata nell'illuminazione degli acquari. Normalmente quella che viene indicata nei catalogi europei è la cosiddetta "vita economica della lampada" che viene determinata: "prendendo un certo numero di lampade (1000 pezzi) del tipo in esame, alimentandole a tensione e frequenza nominale di rete (220 V e 50 Hz) ed accendendole secondo un ciclo con un periodo costituito da 3 ore di accensione e da 1 ora di spegnimento fino a quando il livello medio di illuminamento non cala del 30 %". (la parte quotata in corsivo è una citazione da un messaggio di Gianluca Gadani, tecnico Philips Lighting).

Con questo metodo si determina una vita economica che si aggira ad esempio per le moderne lampade fluorescenti sulle 8000-9500 h . Questo significherebbe che, ammesso che mediamente un calo del 30 % della luce emessa rappresenti un livello accettabile di calo delle prestazioni per una lampada fluorescente nell'illuminazione di acquari, allora la sostituzione si renderebbe necessaria all'incirca ogni due anni prevedendo un'accensione di 12 ore al giorno.

Tuttavia, a causa di alcuni fattori, l'invecchiamento delle lampade può essere molto più rapido negli acquari e non è neppure detto che il 30 % di calo possa costituire un valore accettabile, senza considerare tra l'altro che per alcune lunghezze d'onda le diminuzioni possono essere ben superiori a seguito delle menzionate variazioni che si hanno anche nello spettro di emissione.

Le più importanti cause di invecchiamento sono:

  • frequenza di accensione e spegnimento

  • temperatura di esercizio

Più è alta la frequenza di accensione e di spegnimento, più è rapido l'invecchiamento, ma negli acquari ciò non costituisce un problema in quanto si hanno solitamente una sola accensione ed un solo spegnimento al giorno.

Considerando invece che le temperature ottimali di funzionamento delle lampade fluorescenti si collocano tra i 40 ° ed i 50 °C, le temperature che raggiungono le lampade negli alloggiamenti in cui sono poste sopra l'acqua possono essere anche significativamente al di fuori del campo ottimale di temperatura. Spesso la temperatura ottimale è superiore ai valori ottimali (solo raramente può risultare più bassa) a causa di difficoltà di smaltimento del calore dai portalampada e dalla plafoniera od in generale dall'alloggiamento della lampada. In tal caso l'invecchiamento può essere anche molto più rapido e spesso si manifesta anche attraverso un annerimento delle estremità della lampada. Quando l'annerimento è abbastanza accentuato è comunque sicuramente arrivato il momento di sostituire la lampada.

Per ovviare all'eccessivo riscaldamento è consigliabile:

  • utilizzare gruppi di alimentazione di potenza adeguata a quella della lampada. In effetti con gruppi di alimentazione per lampade più potenti di quelli richiesti (ad esempio gruppi da 30 W per lampade da 25 W) si determina infatti un maggior sviluppo di calore.

  • Utilizzare gruppi di alimentazione elettronici che per le proprie caratteristiche portano ad un funzionamento a temperature più basse di quelle che si raggiungono con gruppi di alimentazione tradizionali.

  • Ventilare opportunamento l'alloggiamento della lampada e scegliere portalampade non troppo isolanti termicamente.

Gli spruzzi d'acqua che raggiungono la superficie della lampada possono localmente determinare una diminuzione significativa e temporanea della temperatura (a causa dell'evaporazione delle gocce d'acqua che hanno raggiunto la lampada) ed a lungo andare possono anch'essi ridurre la durata della lampada.

Da quanto esposto è evidente che l'invecchiamento delle lampade può variare molto da un acquario all'altro e quindi non esiste una regola precisa per decidere quando sostituire le lampade. Solo molto indicativamente si può consigliare di sostituire le lampade fluorescenti ogni 8-16 mesi, a seconda soprattutto dell'utilizzo o meno di gruppi di alimentazione elettronica, della durata giornaliera di accensione e dell'adozione di accorgimenti per avere una temperatura di funzionamento ottimale. Inoltre non conviene mai sostituire contemporaneamente tutto il parco lampade, per evitare che cambi eccessivi ed improvvisi nell'illuminazione determinino effetti negativi nella vasca.

Per quanto riguarda le lampade ad alogenuri metallici, si ha di solito una durata leggermente minore, soprattutto a causa delle variazioni che intervengono nello spettro di emissione con una radiazione che nel tempo tende a diventare di tonalità più calda. Per le lampade ad alogenuri metallici è possibile consultare anche alcune prove pubblicate su Aquarium Frontiers alle pagine: http://www.aquariumfrontiers.com/fish/aqfm/1999/jan/features/2/default.asp

http://www.aquariumfrontiers.com/fish/aqfm/1999/dec/features/2/default.asp

Per determinare con precisione il momento della sostituzione si possono anche fare misure con strumenti appositi, normalmente però non a disposizione del comune acquariofilo, oppure con altri metodi empirici più alla portata di tutti, la cui precisione ed attendibilità vanno comunque considerate non molto elevate. Ad esempio si può misurare la luminosità in un certo punto della vasca anche utilizzando l'esposimetro di una macchina fotografica. Se il calo di luminosità rispetto a quando la lampada era nuova supera una certa entità, ad esempio il 30 %, allora si può procedere alla sostituzione. La variazione di luminosità può essere valutata dall'allungamento del tempo di esposizione indicato dalla macchina fotografica a parità di diaframma utilizzato. I limiti principali di questo metodo consistono nel dovere operare sempre a parità di condizioni (stesso punto di misurazione, stessa distanza della macchina, stesso obiettivo impostato allo stesso diaframma, stessa impostazione della sensibilità della pellicola, stesso arredamento della vasca, ecc.) e nel fatto che non è così possibile distinguere bene tra gli effetti determinati dalle singole diverse lampade. Una misura fatta puntando direttamente l'obiettivo sulla lampada può non essere molto preciso, in quanto gli esposimetri sono costruiti per misurare luce riflessa dagli oggetti e non la luce diretta che proviene dalla lampada, però tutto sommato, considerando che si possono così evitare alcuni dei limiti della misura della luce riflessa sopra esposti, non è una soluzione da scartare. Alla fine dei conti questi metodi sono da considerare semplici suggerimenti per una sperimentazione personale e non è detto che valga la pena affidarsi ad essi per determinare il momento di sostituzione delle lampade. Rimane forse preferibile basarsi sulla semplice regola empirica di una sostituzione periodica, anche se la durata del periodo, come visto, non è neppure essa facile da individuare esattamente.

 

La luce

Per luce si intende la radiazione elettromagnetica che si ha in un particolare campo di lunghezza d'onda. In senso stretto si può intendere per luce soltanto la parte di radiazioni in grado di stimolare il sistema visivo dell'uomo, parlando perciò in tal caso di radiazioni nel campo del "visibile". In senso più lato nella luce possono essere considerati anche i raggi infrarossi e quelli ultravioletti.

Per certi versi la luce presenta una natura "corpuscolare" essendo costituita da entità elementari dette "fotoni", a ciascuno dei quali è associata una certa energia. Per altri aspetti la luce presenta proprietà ondulatorie a cui pertanto sono associati una velocità di propagazione, una frequenza od una lunghezza d'onda. Tutto sommato dunque si può pensare che luce sia costituita da pacchetti elementari di onde.

All'interno del visibile è uso inoltre fare un'ulteriore classificazione convenzionale associando la percezione di un determinato colore ad un campo di lunghezze d'onda. Il visibile viene così schematicamente suddiviso in:

  • violetto (380-440 nm)

  • blu (440-500 nm)

  • verde (500-570 nm)

  • giallo (570-590 nm)

  • arancione (590-630 nm)

  • rosso (630-780 nm)

Temperatura di colore delle lampade

Non tutte le luci sono effettivamente collegabili ad una definita "temperatura di colore". Questo perché i colori della luce emessa dal corpo nero al variare della temperatura non coprono evidentemente tutta la gamma possibile di colori percepibili dall'occhio umano. Tuttavia le norme prevedono che si possa continuare a parlare di "temperatura prossimale di colore" fintantoché la differenza di colore rispetto al vero colore della luce emessa dal corpo nero a quella temperatura è contenuta entro certi limiti definiti dalle norme, od in altre parole il punto rappresentativo del colore della luce in esame sul "diagramma colorimetrico CIE 1931" (che descrive su di un diagramma tutti i colori percepibili dall'occhio umano) appartiene ad una delle linee a temperatura prossimale di colore costante. Anche così però alcuni colori rimangono fuori da una classificazione basata sulla "temperatura di colore". Ciononostante può succedere che, quando si utilizza un "termocolorimetro" per misurare la temperatura di colore di una luce, questo strumento fornisca in pratica quasi sempre una lettura anche nei casi in cui dovrebbe invece correttamente rilevare che non esiste una temperatura di colore effettivamente collegabile alla luce in esame.

 

Emissione corpo nero

La distribuzione spettrale in funzione della temperatura assoluta T della potenza emessa el da un corpo nero è data dalla seguente legge (Planck):

Legge di Planck del corpo nero

dove C1=h c0² e C2=h c0/k essendo h la costante di Planck (h=6.6252x10-34 J.s), k la costante di Boltzmann (k=1.3805x10-23 J/K) e c0 la velocità della luce nel vuoto (c0=2.9979x108 m/s) .

I due grafici successivi riportano lo spettro di emissione del corpo nero ad alcune temperature.

Emissione corpo nero 1

Emissione corpo nero 2

 

Tabella caratteristiche lampade

 

Denominazione

Temperatura colore

Ra o C.R.I.

Resa luminosa

Potenze esistenti

Spettro

 

K

 

lm/W

W

 

Philips TLD 930

3000

95

51-63

15, 18, 30, 36, 58

Si

Philips TLD 940

4000

95

56-65

18, 30, 36, 58

Si

Philips TLD 950

5300

98

56-64

15, 18, 30, 36, 58

Si

Philips TLD 965

6500

98

58-64

18, 30, 36, 58

Si

Philips TLD 827

2700

85

67-93

15, 18, 30, 36, 58

Si

Philips TLD 830

3000

85

67-93

15, 18, 30, 36, 58

Si

Philips TLD 840

4000

85

67-93

15, 18, 30, 36, 38, 58

Si

Philips TLD 865

6500

85

67-90

15, 18, 30, 36, 58

Si

Philips Aquarelle

10000

70

50-68

14, 15, 18, 25, 30, 36, 38, 58

Si

Osram 11-860

6000

86

72-90

18, 36, 58

Si

Osram 21-840

4000

86

75-93

18, 36, 58

Si

Osram 31-830

3000

86

75-93

18, 36, 58

Si

Osram 41-827

2700

86

75-93

18, 36, 58

Si

Osram 12-950

5400

98

56-65

18, 36, 58

Si

Osram 22-940

3800

96

56-65

18, 36, 58

Si

Osram 32-930

3000

94

56-65

15, 18, 30, 36, 58

Si

Osram 72-965 Biolux

6500

97

43-64

15, 18, 30, 36, 58

Si

Osram 77 Fluora

-

-

25-33

15, 18, 30, 36, 58

Si

Sun-Glo

4200

63

48-70

15, 20, 25, 30

Si

Aqua-Glo

18000?

-

19-22

15, 20, 25, 30

Si

Power-Glo

18000?

-

46-55

15, 20, 25, 30

Si

Life-Glo

6700

90

Riflettore incorporato

15, 20, 25, 30

Si

Marine-Glo

15000?

-

31-32

15, 20, 25, 30

Si

Flora-Glo

2800

72

40-60

15, 20, 25, 30

Si

Sylvania Aquastar

10000

-

-

15, 18, 25, 30, 36, 38, 58

Si

Sylvania Gro-Lux

-

-

-

15, 18, 25, 30, 36, 38, 58

Si

Interpet Triton

10000?

-

40-47

15, 18, 25, 30, 36, 38

Si

Nota che le rese luminose, per i cui valori viene indicato un campo di variazione, dipendono dalla potenza (o lunghezza) del tubo fluorescente. I valori più bassi corrispondono generalmente alle potenze minori, quindi la resa cresce all'aumentare della potenza raggiungendo un massimo per lampade da 36 W (che risulta pertanto la lampada più efficiente) ed infine cala leggermente per potenze superiori.

Altri spettri:

Ada

Interpet Beauty Light

Interpet Blue Moon

Osram HQI-TS/NDL

Philips Mastercolour CDM-TD 942

Philips superattinica TL03

Lunghezza delle lampade da 26 mm di diametro in funzione della potenza

Potenza

W

Lunghezza

cm

14

37

15

45

18

60

25

75

30

90

36

120

58

150

PAR

La misura del PAR viene espressa generalmente in Einstein/(m² s), dove 1 Einstein sta ad indicare che vi è una "mole" di fotoni in gioco, cioè un numero di fotoni pari al numero di Avogadro (che è evidentemente una costante). L'energia E associata ad 1 Einstein è dunque E= N x energia di un fotone con una certa lunghezza d'onda , dove N è il numero di Avogadro e l'energia di un fotone è data dalla legge di Planck. Ad esempio, se una luce monocromatica con lunghezza d'onda di 450 nm è caratterizzata da 2 Einstein/(m² s), questo significa che ogni secondo su di una superficie di 1 m² arrivano 2 x N=2 x 6.022 x 1023 = 1.2044 x 1024 fotoni, ciascuno con un'energia pari a: h (costante di Planck) x frequenza della radiazione.

Essendo poi la frequenza della radiazione pari alla velocità c0 della luce divisa per la lunghezza d'onda, allora E=N x h x c0/lunghezza d'onda =6.623x10-34 (J s) x 2.998x108 (m/s) / 450x10-9 (m)=4.41x10-19 J . Quando la radiazione non è monocromatica (come in tutte le lampade normali) il valore del PAR in Einstein/(m² s) perciò rappresenta in un qualche modo una conta del numero dei fotoni fatta indipendentemente dall'energia che ciascuno di essi possiede.

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Prima stesura: dicembre 1998
Ultima modifica: 2 ottobre 2000

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