Iluminando Sistemas Marinhos

Luz significa vida em aquários que contém corais e outros invertebrados que abrigam algas endosimbiontes Zooxanthellae spp. (Que na verdade não são propriamente algas, mas um determinado tipo de ptorozoário flagelado).

espectro de luz

Luz é radiação eletromagnética. Os olhos humanos não são capazes de enxergar todo o espectro luminoso, e o cérebro humano interpreta a luz recebida pelo aparelho visual ao ponto de “transfomar” a luz verdadeira naquela que se acredita estar observando.

O gráfico abaixo mostra o espectro, iniciando pela luz infravermelha, produzida pela emissão de ondas longas de eletromagnetismo e se localiza na parte inferior do espectro. No extremo oposto, encontra-se a luz ultravioleta, que emite ondas mais curtas. Entre essas duas, ocorre luz azul, verde, amarela e vermelha, chegando à infravermelha. Além da ultravioleta, ocorre emissão de raios gama.

            

Esse conceito é suficiente para comparar a luz do Sol nas regiões de recifes de corais com os tipos de iluminação disponíveis atualmente para uso em aquários.

 Recifes de corais são encontrados majoritariamente em zonas tropicais, onde a incidência de luz é muito intensa e os dias são bastante longos. 

Para classificar luz, usam-se várias formas;

Quantidade de luz é medida em lux.

 Sua cor é determinada pela comparação da emissão de um determinada lâmpada com a emissão de um corpo negro submetido a certa temperatura em Graus Kelvin.

Um corpo negro muda de cor à medida que é aquecido.

A temperatura em K é o que determina a temperatura de luz de tal corpo negro.

Essa medida não tem relação com quantidade de luz emitida do corpo negro aquecido.

O Sol emite luz a 6.000K, significando a mesma cor de um corpo negro aquecido até essa temperatura.

Existe ampla gama de possibilidades para iluminação de aquários.

Basicamente, o tipo de luz que se usa é de três tipos; fluorescentes, LEDs e de

vapor metálico (HQI).

Lâmpadas de vapor metálico são extremamente eficientes, pois produzem muita quantidade de luz em relação a seu consumo.

Como exemplo, em recifes de corais tropicais ao meio dia, a quantidade de lux pode chegar a de 130.000 por metro quadrado.

Água do mar é um meio 800 vezes mais denso do que o ar atmosférico ao nível do mar. No entanto, a água de recifes de corais não é tão opaca quanto densa.

À medida que se desce a partir da superfície do mar, a luz é gradualmente filtrada pela água.

A primeira cor de luz filtrada pela água é a vermelha, e a última, a azul.

Por causa disso, a cerca de 20 metros de profundidade, pode-se ver apenas tons de azul e cinza.

Em aquários, a luz relativamente fraca e de espectro luminoso incompleto emitida pelas lâmpadas é transformada e absorvida pela água, de maneira que os animais que preferem mais luz devem ser colocados perto da superfície.

A quantidade de luz recebida pelos corais diminui drasticamente à medida que se vai mais para o fundo do aquário, chegando a ser de apenas 10% da luz que encontra a superfície a apenas 50 cm de profundidade, no caso de uso de lâmpadas fluorescentes comuns.

A eficiência da lâmpada que se pretende usar, portanto, é determinante para se conhecer o que é possível manter no aquário.

Cada tipo de lâmpada precisa de um reator específico (salvo aquelas que não os utilizam como as “PL”) por conta da freqüência que utiliza para se manter acesa dentro dos padrões para a qual foi fabricada.

Usar reator inapropriado para o tipo de lâmpada do sistema projetado afeta a cor da luz emitida e causa problemas sérios de desgaste antecipado da lâmpada (normalmente lâmpadas usadas com reatores inadequados ficam com as extremidades escurecidas após curto espaço de utilização). Tentativas de usar reatores inadequados sempre acabam em problemas.

Conceitos e Definições

Fluxo luminoso

Fluxo luminoso é medido em lúmens.

Exemplo: fluxo luminoso de um lúmen emitido pela fonte luminosa.

Lúmen

Símbolo: lm. Um lúmen é o fluxo luminoso dentro de um cone de 01 esforradiano, emitido por um ponto luminoso com intensidade de 1 candela (em todas as direções).

Lux

Lux (símbolo: lx) é a medida de iluminância e emissão luminosa usada como medida da intensidade percebida pelo olho humano da luz que atinge ou passa através de uma superfície. Não deve ser confundida com lúmen, pois serve apenas para traçar um padrão de modelo da percepção do olho humano para sua percepção de brilho luminoso.

Candela

Candela, em termos de radiação de corpo negro, é uma unidade medida por 1/60cm² de platina em ponto de fusão. O conceito foi definido em 1979 depois de se considerar que a comprovação do experimento possui alta dificuldade de realização.

Uma candela é a intensidade luminosa emitida por uma fonte, em direção determinada, de luz monocromática de freqüência 540 x 10 elevada à décima segunda potência de Hertz, cuja intensidade de radiação na direção determinada é de 1/683 Watts por esforradiano. Essa freqüência é percebida como luz verde, para a qual o olho humano possui a melhor capacidade de absorção.

Esforradiano

Esterradiano (símbolo: sr), ou esforradiano, é uma unidade de medida suplementar e padrão no Sistema Internacional de Unidades que serve para quantificar ângulos sólidos. O esforradiano é adimensional, dado que 1 sr = m²·m⁻² = 1. É útil, contudo, distinguir as quantidades adimensionais de diferentes naturezas, daí que na prática o símbolo “sr” seja usado sempre que apropriado, em vez da unidade derivada “1” ou mesmo de nenhuma unidade. Por exemplo, a intensidade de radiação pode ser medida em watts por esterradiano (W·sr⁻¹). Trata-se do equivalente tridimensional do radiano, sendo definido como “o ângulo sólido subentendido no centro da esfera de raio r por uma porção de superfície de área r²“.

 Dado que a área da superfície da esfera é 4πr², a definição implica que a esfera meça 4π esterradianos. No Brasil é usualmente designado por esferorradiano.

Representação gráfica de um esterradiano.

Watt

watt (símbolo: W), é a unidade do Sistema Internacional de unidades a um joule por segundo (1 J/s).

 Ampère

Ampère (A) é o nome dado à unidade de medida de intensidade de corrente elétrica aceita internacionalmente, e define a quantidade da força magnética entre dois condutores paralelos retos de tamanhos e em posições específicas. O nome da unidade de medição foi dado em homenagem ao físico francês que a criou.

Corrente elétrica

Corrente elétrica é o fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica, e a unidade padrão para medir corrente elétrica é o Ampère.

Freqüência de luz

Freqüência de luz é a quantidade de ondas eletromagnéticas do espectro luminoso que passa por determinado ponto por segundo (medida de tempo), e é medida em Hertz (Hz). A cor visível para os olhos do ser humano se encontra no espaço entre 430 e 750 trilhões de Hertz.

A quantidade de energia de determinada onda de luz tem relação direta com sua freqüência. Quanto mais alta a freqüência do raio de luz, mais energia contém.

Ondas de luz se movem em diferentes velocidades de acordo com o comprimento de sua onda. As de onda curta viajam mais rápido que as de onda longa em ambientes mais densos do que o vácuo, como a atmosfera da Terra.

Esse fato permite medir a refração (curvatura) de cada onda de luz.

Hertz

Para fins de radiação eletromagnética (luz), Hertz é a expressão da freqüência – número de oscilações elétricas e magnéticas perpendiculares por segundo.

Com o que foi exposto até este ponto, vê-se com facilidade que a aplicação de luz em aquários não é algo que se deva levar em conta como algo simples, e o bom andamento dos habitantes do corpo aquático projetado depende muito da luz a ser utilizada (tanto como tipo de fonte de luz quanto como quantidade e resultante de cor).

Tipos de lâmpadas

Fluorescente

Várias lâmpadas fluorescentes

São lâmpadas de formato tubular e suas denominações foram atribuídas de acordo com as medidas de seus diâmetros.

Há lâmpadas fluorescentes PL em vários formatos. Sua mais marcante característica é ter terminal em rosca, que se encaixa em soquete comum e dispensa uso de reator, por trabalhar em corrente e tensão iguais à de qualquer lâmpada de uso doméstico.

Dentre todos, é recomendável utilizar PLs fabricadas com a finalidade específica de uso em aquários.

Lâmpadas do tipo PC compactas

Lâmpadas tubulares de dois terminais são as mais comumente usadas em aquários, e as denominações dadas a elas são definidas por seus diâmetros.

T12 possuem diâmetro maior do que T8, que por sua vez têm diâmetro maior que T5.

Existem também fluorescentes “compactas”.

Todas precisam de reator específico para funcionar dentro dos padrões estabelecidos pelos fabricantes em relação à emissão de luz, principalmente no que tange à cor de luz produzida.

Existem diversos tipos de reatores, sendo que eles se adaptam às lâmpadas baseados em vários parâmetros, de acordo com seu requerimento em Watts, corrente e freqüência.

A forma como a lâmpada funciona com o reator determina se ela é do tipo comum (NO – do inglês “normal output”), HO (high output) ou VHO (very high output).

Lâmpadas fluorescentes têm boa durabilidade, são confiáveis, fáceis de instalar e usar, dispendem pouca energia elétrica se comparadas a lâmpadas HQI (do inglês Halogen Quartz Iodide – vapor metálico) e esquentam pouco o ambiente ao seu redor.

Seu problema é apresentar espectro de luz desequilibrado e emitir pouca quantidade de luz em comparação com lâmpadas HQI, mesmo considerando fluorescentes de alto fator como as T5 HO, atualmente muito em voga.

Lâmpadas T5 e representações de curvas de luz emitidas

Esse problema pode ser relativamente compensado usando-se lâmpadas fluorescentes que produzem diferentes colorações de luz, para que a resultante final que o aquário recebe seja adequada para a vida de seus habitantes.

A cor de luz resultante melhor aproveitada pelos invertebrados “fotossintetizantes” que se mantém em aquários é a verde.

Ou seja: a somatória de emissão de cor de luz de todas as lâmpadas de um aquário encontra seu ponto “ideal” quando a resultante é a cor verde.

A relação que se deve estabelecer é a que for o mais próximo possível para atender às necessidades dos corais e outros invertebrados que se valem de luz para atender suas necessidades metabólicas.

Com o que foi exposto até este ponto, percebe-se que a aplicação de luz em aquários não é algo que se deva levar em conta como algo simples, e o bom andamento da vida dos habitantes do corpo aquático projetado depende muito da luz a ser utilizada (tanto como tipo de fonte de luz quanto como “quantidade” e resultante de cor).

Lâmpadas PL

Usar reator inapropriado para o tipo de lâmpada do sistema projetado afeta a cor da luz emitida e causa problemas sérios de desgaste antecipado da lâmpada (lâmpadas usadas com reatores inadequados ficam com as extremidades escurecidas após curto espaço de utilização).

Tentativas de usar reatores inadequados sempre acabam em problemas.

LED

Do inglês Light Emmitent Diode, foram criadas na década de ’60 como indicadores em aparelhos elétricos e eletrônicos.

LED

Evoluíram ao ponto de se maximizar sua capacidade luminosa e ser possível diminuir sua dimensão, tornando possível instalar múltiplos LEDs num único emissor.

São semicondutores que emitem luz monocromática quando recebem corrente elétrica em forma de eletroluminescência (e por isso fogem um pouco do conceito tradicional da definição de “lâmpada”).

A cor emitida pelo diodo depende do tipo de material semicondutor utilizado e da sua temperatura de trabalho.

Produzem menos calor do que lâmpadas incandescentes.

A partir de 1999, LEDs com mais de 1 Watt de capacidade foram tornados possíveis devido ao agrupamento de muitas unidades em um único semicondutor. Em 2002 foram lançados no mercado LEDs que produziam entre 18 e 22 lúmens por Watt. Desse ponto em diante, foram introduzidos no mercado aquarístico.

Funcionam apenas com reatores específicos, de corrente contínua.

Um refletor com LEDs instalados e acesos

São confiáveis e bastante duráveis, mas ao contrário do que é propagandeado, não são eficazes por 30 ou 50.000 horas de uso. Como emissores de luz “útil” para aquários marinhos, devem ser substituídos a cada 2.000 a 3.000 horas de uso.

Além disso, LEDs utilizáveis para aquários marinhos são especificamente ajustados para essa finalidade. É muito pouco recomendável adquirir-se LEDs de baixo custo e adaptar um reator qualquer (já existem no mercado “lâmpadas” de LED com terminal em rosca para uso doméstico, que não usam reator).

Instalar esse tipo de LED em um sistema de recifes de corais imaginando que a luz emitida (muitas vezes colocada no rótulo da lâmpada) será aproveitada pelos habitantes do aquário é um erro, pois LEDs mudam a cor da luz emitida de acordo com sua temperatura de funcionamento. Sem o reator apropriado e o devido resfriamento dos LEDs, a cor da luz emitida fatalmente será alterada.

Considerando que luz é algo que pode ser medido por aparelhos chamados “luxímetros”, é interessante notar que nenhuma das fontes de luz citadas até este ponto neste artigo responde ao medidor (observação pessoal).

No entanto, na prática, esse tipo de luz “funciona” em aquários marinhos de recife de corais.

HQI 

 

 

 

Lâmpadas HQI com terminal em "rosca" e desenhos técnicos de outros formatos

Esse tipo de luz também usa reatores especiais e trabalham com tensão de 220V. Existem reatores nacionais e importados de 110V, mas são pouco utilizados por seu tamanho exagerado e aquecimento excessivo. Os importados costumam enfrentar problemas sérios devido à variação de tensão que ocorre comumente em muitos locais de nosso País, e apagam-se automaticamente sempre que a variação excede sua tolerância. Recentemente, uma empresa colocou no mercado reatores 110V mais modernos para HQIs no mercado brasileiro, e parece que funcionam a contento. Deve-se, no entanto, testar a combinação desses reatores com as lâmpadas para a devida aferição dos resultados, pois o reator afeta de maneira muito importante a luz emitida pela lâmpada.

Adaptar transformadores de tensão no reator da HQI para usá-lo em fonte de energia de 110V não é recomendável, pois geralmente o transformador termina queimado por não suportar a corrente elétrica necessária para o funcionamento da HQI (o transformador deve ser dimensionado de tal maneira que seja capaz de suportar o momento em que a lâmpada é acesa). Na prática, se for considerado o consumo gerado pela somatória do sistema HQI instalado e do transformador, a partir de certo ponto é mais econômico instalar um ponto 220V no quadro de luz do imóvel). 

As HQIs foram o diferencial que permitiu a aquaristas do final da década de 70, na Alemanha, fazer crescer corais até então considerados impossíveis de manter em aquários, como as famosas Acroporas, moluscos Tridacnas e outros animais que precisam de muita luz para viver.

Lâmpadas HQI de 2000K da renomada marca Aqualine Büshcke

Essas lâmpadas são encontradas em diversas configurações, emitindo luz desde 3000K, passando por4500K,  5000K, 6000K, 6500K, 10000K, 12000K, 14000K, 20000K, 22000K , e daí para diante. Existem lâmpadas HQI de 30000K e até mesmo 50000K.

Aparentemente, os fabricantes têm planos de produzir cada vez mais variedades de lâmpadas com “Ks” variados.

Quanto mais baixa a temperatura de cor indicada pelo “K” da lâmpada, mais luz ela emite na cor vermelha, sendo que as lâmpadas de 20000K são totalmente azuis.

A maior parte das HQIs pode ser encontrada em 70, 150, 175, 250, 400, 1000 e 2000 Watts.

Naturalmente, quanto maior o consumo da lâmpada, mais quantidade de luz emite.

Um dentre vários tipos de refletor para lâmpadas HQI

Para aproveitar o desempenho e distribuição do fluxo luminoso de cada lâmpada, pode-se usar como regra geral a tabela abaixo.

Consumo (Watt)	Distância entre lâmpadas (cm)	Coluna d’agua (cm)
70	50	40
150 e 175	50 a 60	50 – 55
250	60 a 70	60
400	80	70
1000	100 a 130	80 a 100
2000	130 a 180	120 a 130

O número de lâmpadas de cada sistema aquático afeta a quantidade de luz emitida, mas não a profundidade que a luz atinge, de maneira que o olho humano é enganado, pois muitas vezes parece que um aquário é imensamente iluminado porque possui muitas lâmpadas, enquanto na realidade os animais sésseis colocados diretamente sobre o fundo do aquário podem estar recebendo menos luz do que necessitam.

Lâmpadas HQI devem ser montadas em refletores apropriados, com lente de vidro temperado perfeitamente limpo, sem ranhuras ou partes escovadas. O formato interno do refletor afeta muito a forma como os animais do aquário recebem a luz emitida pela lâmpada. Portanto, não é qualquer refletor que serve para que se obtenha o melhor aproveitamento possível.

O vidro temperado protege os animais contra a parte agressiva da luz ultravioleta, e precisa ser temperado para suportar a alta temperatura de trabalho da lâmpada.

Considerações finais

Quanto mais luz os corais receberem, melhor. Dificilmente se consegue replicar em aquários a intensidade da luz do ambiente natural.

O importante a considerar é que em muitos casos os animais sésseis precisam ser adaptados à luz do aquário após adquiridos. A “aclimatação” dos animais em relação à luz é de tão grande importância que pode comprometer sua sobrevivência.

Quanto mais parecida com a luz do Sol for a curva espectral da luz emitida pela lâmpada, melhor será o aproveitamento de luz pelos animais habitantes do aquário.

Muitos animais mudam de cor ao serem colocados no aquário devido à diferença entre a luz a que estavam acostumados em seu ambiente de origem e a que recebem no aquário.

As cores dos corais, por exemplo, são em muitos casos determinadas pela luz que eles recebem, principalmente do espectro ultravioleta.

Uma foto de aquário iluminado por lâmpadas HQI 250 Watt 10.000K combinadas com fluorescentes VHO T12 azuis actínicas

Invisível para o olho humano, a luz ultravioleta provoca nos invertebrados sésseis “fotossintetizantes”  a produção de pigmentos protetivos contra a agressão que sofrem da luz. Isso é claramente observável em suas pontas de crescimento. É basicamente por isso que corais de pólipo pequeno têm seus “galhos” de uma cor e as pontas dos galhos de outra, ou até mesmo mais do que uma cor observável no mesmo espécime.

Existem enormes diferenças entre marcas e tipos de lâmpada no mercado. Ao invés de citar todos, fica apenas um alerta para que se evite usar lâmpadas HQI que não tenham sido especialmente produzidas para uso em aquários.                         

Lâmpadas de qualquer tipo sofrem desgaste toda vez que são acesas. A maior parte delas dispõe no rótulo sua durabilidade em horas, mas não contam com o uso específico para aquários. O simples fato da lâmpada continuar acendendo não implica no fato da luz emitida estar sendo devidamente aproveitada pelos animais sésseis do aquário.

É recomendável substituir as lâmpadas fluorescentes após 8 a 10 meses de uso. Elas sofrem grande decréscimo na quantidade de luz emitida no curso do tempo.

As HQIs, apesar de poderem ser usadas por muito mais tempo, devem ser trocadas a cada 10/12 meses.

Via de regra, quanto mais azul for a cor emitida por qualquer tipo de lâmpada, menor será sua vida útil para os habitantes do aquário.

O período diário de luz acesa sobre o aquário (fotoperíodo) determina a sua produtividade, afeta a taxa de crescimento dos corais e por conseqüência todo o microcosmo que o aquário representa.

O regime de fotoperíodo do aquário pode variar entre 10 a 14 horas por dia. Uma das formas de “imitar” o período de alvorada e por do Sol é fazer com que as luzes azuis acendam antes e apaguem depois das HQIs, ou brancas. Pode-se programar as lâmpadas azuis para acender cerca de 30 minutos antes das brancas e apagar 30 minutos depois.

A iluminação do aquário esquenta a água, e geralmente é necessário tomar providências em relação a isso. Aquários hermeticamente tampados correm o risco de sofrer aquecimento excessivo apenas pelo sistema de iluminação (mesmo com poucas lâmpadas), atingindo níveis de temperatura inadequados para a manutenção de peixes e corais.

Usando de bom-senso, escolhe-se o tipo e quantidade de luz a ser aplicados no sistema.

Existem diversas maneiras de mitigar o problema de superaquecimento, como usar ventoinhas, ventiladores e resfriadores (chiller).

Aquários iluminados exclusivamente por luz fluorescente comum (NO T12) permitem a manutenção da maioria dos corais moles, duros e até mesmo de corais de pólipos pequenos e tridacnas. É necessário, porém, levar em conta que a quantidade de luz que os animais receberão será bem menor do que a que recebiam antes, no ambiente natural.

Independente do tipo de iluminação escolhido é recomendável limpar vidros, refletores e mesmo as lâmpadas periodicamente.

Considerações sobre animais vindos de reprodução em cativeiro

É importante notar que as alterações morfológicas que corais normalmente sofrem em aquários ou tanques de reprodução controlada não produzem alterações na construção genética dos animais (que é o que criaria diferencial nas necessidades metabólicas de cada espécie de animal reproduzida em cativeiro).

Por fim, em matéria de eficiência e produtividade, levando em conta todas as opções de iluminação disponíveis no mercado atual, o tipo de luz que mais se aproxima da luz natural é a de lâmpadas de vapor metálico (HQIs).