Înlocuirea lămpii de carbid cu cea pe leduri în speologie

Înlocuirea lămpii de carbid cu cea pe leduri în speologie

Lampa de carbidDe ce să înlocuim clasica şi mult iubita lampă de carbid? Cum şi cu ce anume am putea face acest lucru? Acestea sunt întrebările la care aş vrea să răspund în acest articol şi cele care probabil vor urma pe această temă.

Povestea acestor preocupări începe în primăvara anului 2010 când ne-am întâlnit pentru vizitarea unor obiective în podişul Mehedinţi, la Jupâneşti. Gazda noastră m-a impresionat la prima ieşire cu frontala montată pe cască… far de maşină sau un bec imens aprins în întuneric. Nu avea cum să nu-ţi atragă atenţia. Era vorba de un exemplar din gama elveţiană de frontale Scurion. Entuziasmat la început, din discuţii am aflat preţul modelului de bază, şi m-am liniştit: aproximativ 400 de euro. Este clar că intră în aceeaşi clasă cu ceasurile elveţiene: calitate până la cele mai mic detaliu şi preţ pe măsură.  Alte variante comerciale pentru frontale destinate uzului speologic ar fi www.lupine.de, Ledlampe, etc. Este clar că pentru majoritatea speologilor amatori preţurile versiunilor comeciale sunt prohibitive.

Având o formare în domeniu mi-am zis: Hai să vedem despre ce este vorba…

Părinţii noştri (naturali sau mentori) în anii 1950-70 au folosit în expediţii lămpile de carbid de mină. În acele vremuri nu puteai genera suficientă lumină cu lanterne bazate pe baterii în expediţii de mai multe zile. În anii 1970-80 au apărut frontalele bazate pe acetilenă. Şi până în zilele noastre majoritatea speologilor utilizează lămpile de carbid. Sunt fiabile, uşor de întreţinut, asigură lumină suficientă şi pentru galerii/săli spaţioase în peşteri mari. Durata expediţiei nu contează-este vorba doar de cât carbid cari după tine (aprox. 400g/zi).

De ceva ani mulţi producători oferă spre vânzare frontale cu leduri. Din păcate foarte puţine dintre ele satisfac cerinţele unor expediţii speologice de lungă durată. Dar tehnologia clar este suficient de avansată astfel încât să poţi dezvolta o frontală care să întrunească aceste criterii.

De câtă lumină avem nevoie? De unde plecăm?

De exemplu, vechile lămpi combină până la 250g de carbid cu aproximativ 140g de apă ca să producă 100g de acetilenă (~ 100 litri). Patru tipuri de „becuri” sunt folosite în mod uzual care ard  7, 10, 14 respectiv 21l de acetilena pe ora. Flacăra rezultată ne furnizează 67, 92, 133 sau 200 lm la o temperatură de culoare de 2300K. Arzătorul singur ar genera un patern izotropic, numai în jos arzătorul însuşi aruncă un con de umbră de 60 grade. Arzătorul este montat în partea din faţă a căştii şi se mai foloseşte şi o oglindă mică pentru a reflecta lumina spre înainte. În utilizarea normală oglinda se afumă destul de repede aşa că numai 60% din lumină rămâne utilă. Majoritatea speologilor din Europa folosesc arzătoare de 14 sau 21l/h. Fluxul luminos rezultat este de 80 respectiv 120lm. Aceste lămpi consumă între 33 şi 50g de carbid pe oră. Dar însăşi lampa de carbid  are o greutate de 1000g.

Ar fi ideal să putem obţine acest flux luminos utilizând  şi noile tehnologii. Ledurile de putere din zilele noastre sunt promovate să aibă o eficienţă în jur de 100lm/W. De exemplu: Seoul Semiconductors Z-pover P4 (de atunci au mai apărut generaţii noi de led-uri care depăşesc această performanţă – o să le analizez în curând). Analizând performanţele acestui led de fapt constatăm ca utilizându-l neprotejat de nici un fel de carcasă are performanţe în jur de 80lm/W. Dacă luăm în considerare faptul că trebuie pus în carcasă sesizăm faptul că sticla frontală mai scade fluxul luminos cu 10lm (în cazul nostru 10%). Deasemenea este de dorit să utilizăm şi o anumită optică care sa modeleze fasciculul de lumină – acest fapt scade din fluxul luminos 20lm. Ca urmare, în cazul ledului acoperit cu sticlă obţinem o eficienţă de aproximativ 60lm/W – utilizând optica eficienţa scade spre 55lm/W. Mai este un aspect de luat în seamă: eficienţa ledurilor este mare atunci când acestea dau o lumină albă rece (8000-5000K). Eficienţa scade odată cu scăderea temperaturii de culoare. La temperatura de culoare de 2600K poate ajunge spre 60% din performanţele unui led cu lumină rece.

Revenind la temperatura de culoare a surselor de lumină observăm că nu ne interesează să ne uităm direct în ea ci mai degrabă este importantă lumina care este reflectată de către obiectele pe care vrem să le vedem. Ledurile cu eficienţă foarte bună (ex. SSC U ) acoperă o plaja de temperatură de culoare între 4700-7000K care este semnificativ diferită de cea creată de flacăra lămpii de carbid care este în jur de 2300K. Cantitatea de lumină reflectată este direct proporţională cu lungimea de undă specifică culorii materialului luminat. Lumina rece corespunde materialelor de culoare albăstruie, materiale rar întâlnite în peşteri. Culorile predominante sunt mai degrabă în tonuri de maroniu. Ca urmare este posibil să constatăm că în interiorul unei peşteri  un led cu emisie de flux luminos mai mare dar cu o temperatură de culoare de 6700K să ilumineze ( în mod subiectiv ) mai slab peisajul decât unul mai slab din punct de vedere obiectiv dar cu temperatură de culoare în jur de 3000K.

Mai există un aspect legat de sursele de lumină şi anume forma spaţială a luminii emise. După cum spuneam mai sus flacăra de acetilenă generează un tipar izotropic al luminii  (uniform distribit in spatiu). În schimb nu putem obţine cu ajutorul lui un fascicul strâns de 10-15 grade. Acesta este în schimb un punct forte al tehnologiei bazate pe led-uri. Cu ajutorul led-urilor putem să ne uităm în puţuri adânci sau să cercetăm pereţii unor săli mari, etc. Dar pentru mersul şi căţăratul într-o peşteră am prefera mai degrabă  o lumină uniform distribuită decât un fascicul. Cine a încercat să folosească o frontală numai cu un fascicul strâns poate să confirme că te alegi cu dureri de cap, gât înţepenit, etc. De aici putem trage concluzia că noile surse de lumină la care aspirăm trebuie să înglobeze ambele funcţii: o lumină de umplere care să ilumineze tot ceea ce este în faţa noastră şi una de aşa numit „spot”, cu fascicul cât de strâns posibil care să poată fi folosite alternativ.

Au mai rămas doua aspecte asupra cărora trebuie să ne oprim. Primul ar fi sursa de energie sau mai simplu bateriile sau acumulatorii. Variantele profesionale de frontale utilizează pachete de acumulatori Li-Ion. Este cea mai bună soluţie din punct de vedere tehnic: Li-Ion oferă o densitate de energie înmagazinată dublă faţă de bateriile alcaline sau faţă de acumulatorii Ni-MH, mai ales că este capabil să furnizeze curent de intensitate mare chiar şi la temperaturi scăzute. Problema însă vine din partea speologilor, mai precis din neglijenţa lor. Ei îşi folosesc sursele de lumină până se epuizează, la sfârşitul turei tot echipamentul sfârşeşte în „debara” şi se mai gândesc la el cu 15 minute înainte de a pleca în următoarea ieşire. În aceste cazuri sunt greu de înlocuit acumulatorii Li-Ion cu ceva care se găseşte la prima benzinărie sau magazin fiindcă forma lor nu este standard.

A doua soluţie ar fi bateriile Li-FeS2 dar nu se găsesc la toate colţurile, deci nu prea intră în calcul.

Bateriile alcaline ar fi cele mai practice. Sunt destul de ieftine şi se găsesc peste tot. Dar caracteristicile bateriilor alcaline depind foarte mult de mărimea acestora. Densitatea de energie în condiţii joase şi medii de intensitate a  curentului consumat sunt aprope independente de marime (50-90Wh/kg depinzand de producator). Aceasta constatare este si logic deductibila din fenomenele chimice care sunt aceleasi si in unitatile mici si in cele mari. Dar in mod practic s-a constatat ca bateriile mai mici ca marime pot inmagazina mai multa putere per kilogram decat cele mari (AA/R6 peste 20W/kg dar D/R20 doar 8W/kg). Concluzia este sa utilizezi mai degraba 4-6 baterii R6 decat 1 R20. Este clara deci optiunea pentru baterii de marimea R6. Acestea mai prezinta si avantajul ca se pot folosi si acumulatori Ni-MH de aceeasi marime. Pe de alta parte, fac o precizare in avans, electronica va permite o plaja destul de larga de tensiuni de alimentare deci se poate adapta si la alimentare pe maza de Li-Ion sau Li-FeS2. Conform consumului  mediu estimat ar rezulta un consum de 0.7-1 baterii pe ora. Acesta exprimat in greutate este 18-25g/h deci jumatate fata de carbid si echipamentul in sine este mult mai usor. Tot aici trebuie sa precizez ca eficienta ledurilor creste galopant deci aceste date initiale se pot inbunatati mult.

In ceace priveste electronica ea trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii:  Sa aprinda si sa stinga ledurile precum sa si limiteze consumul acestora de curent astfel regland fluxul luminos emis. Ar mai fi bine sa monitorizeze descarcarea bateriei si sa nu permita descarcarea totala acestuia. Supravegherea temperaturii dispozitivului este necesara avind in vedere ca ledurile de putere duse la putere maxima degaja caldura pe masura.

Regulatoarele de curent trebuie sa fie surse in comutatie de topologie „buck” sau dupa alte surse „step down”. Acestea pot fi alimentate cu tensiuni mai mari decat cele specifice ledurilor. Este de luat in seama si eficienta acestora. Se considera eficienta buna ce este peste 80-85%.

In concluzie frontala „ideala” pe leduri ar trebui sa aibe 2-3 leduri. Din acestea unul sa fie cel putin pentru lumina de umplere difuza cu optica specifica de preferat sau chiar si fara (asa cum este scurionul), inclinat cu 15 grade in jos si celalalt pentru ilumint focalizat. Optional poate fi si un al treilea pentru a genera un fascicul cu deschidere medie. Acestea s-ar combina in jur de 5 moduri de functionare: 1. lumina de repaus (30-50mA)  2. lumina de lucru slab (150mA) 3. lumina de lucru puternica (400mA) 4. lumina de umplere (totul aprins la maxim 1400-2100mA) 5. lumina focalizata (700-1000mA). De preferat carcasa trebuie sa corespunda minim categoriei de protectie IP65 (IP65=protectie la praf si jet de apa slab, IP66=protectie la praf si jet de apa puternic vorba unui prieten provenita de la furtunul de pompieri, IP67=protectie la praf  si imersiune totala in apa pana la 1m adancime, IP68=protectie la praf si imersiune in apa dincolo de 1m).

„Bibliografie”: In mod special multumesc pentru munca devotata a lui Tobias Bossert pentru studiul aprofundat al acestui subiect si comunitatii de pe www.candlepowerforums.com

P.S. Good News! Tocmai am aflat ca producatorul TechTonique pe baza studiilor facute de Tobias va scoate in august 2011 o versiune comerciala imbunatatita a prototipului 3 la un pret comparabil cu Ledlampe 4.




2 Replies to “Înlocuirea lămpii de carbid cu cea pe leduri în speologie”

  1. Frumos articolul, o frontala e binevenita oriunde,, numai ca mi se pare exagerata partea de final in care vrem un curent de 2100mA pentru „totul aprins” ! ledurile de putere consuma in general intre 150mA pana la max.500mA Mi se pare o aroganta sa cerem de la o frontala un curent de 2A, ceea ce ar echivala in tehnologia led cu un far de masina!
    Nu mai pun la socoteala marimea radiatorului care ar trebui montat pe un singur led care consuma 500mA! daca punem 4 leduri la 500mA, nu cred ca ati vrea sa putati pe cap radiatorul lor!
    As vrea sa vad performantele si caracteristicile unei lampi deja facute! Pentru ca in teorie mereu e mai frumos decat in practica! Spun asta pentru ca am lucrat cu leduri de putere, si partea cu radierea termica este foarte delicata!

    1. In primul rand trebuie sa specificam ca frontalele sus mentionate se monteza pe o casca de protectie.
      In al doilea rand intr-un mediu de pestera temperatura mediului inconjurator este de maxim 10-12C dar poate scadea pana in jur de 0C si umidiate de 100% deci racirea este mai usoara decat la 20-25C.
      In sali si puturi mai chiar ai nevoie de lumina sa poti sa te orientezi sau sa poti face o explorare eficienta. In unele situatii farul de masina ti se pare putin. Pe de alta parte in majoritatea timpului te poti descurca cu 50-150lm.
      Update de frontale pentru speo:
      Scurion
      Petzl
      Rude Nora 2
      BigLight 1595lm
      ElSpeleo 2000lm acumulator de 9300mAh
      Fenix HP25 360lm la pret rezonabil
      Fenix HP11 277lm la pret rezonabil
      Fenix HP15 500lm la pret rezonabil

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.