08 Proyecto de Alumbrado y Contaminación Lumínica

A AD L

Asociacin Argentina de LuminotecniaCENTRO REGIONAL CUYO

Organizado por:

Departamento de Luminotecnia Luz y Visin (DLLyV), Universidad Nacional de Tucumn AADL Regional Cuyo Instituto Regional de Estudio Sobre Energa FRM UTN.

I SEMINARIO ALUMBRADO URBANO SUSTENTABLE Y ENERGTICAMENTE EFICIENTE

Proyecto de alumbrado urbano y contaminacin lumnica.

PROYECTO DE LA ILUMINACIN VIAL

El alumbrado pblico tiene por objeto la creacin de un ambiente visual nocturno que permite una visibilidad clara e identificacin precisa de las personas y objetos en las vas transitadas, lo que trae consigo una reduccin del riesgo de accidentes de vehculos y peatones durante las horas nocturnas y permite la supervisin y seguridad de las vas, permitiendo adems una mayor y ms fcil utilizacin de los servicios y usos existentes.

PROYECTO DE LA ILUMINACIN VIAL

Criterios de calidadLos usuarios de las carreteras deben ser capaces de ver el trazado de la calzada, localizar y reconocer las seales y obstculos especiales con certeza y a tiempo.

Los criterios de calidad que se aplican en la iluminacin de calzadas para el trfico rodado son:

- Luminancia e iluminancia media- uniformidad de luminancia e iluminancia- limitacin de deslumbramiento- iluminacin de los alrededores (factor de borde)- guiado ptico y orientacin visual

DISEO DE LA ILUMINACIN VIAL

El diseo en general de una instalacin de iluminacin consiste en seleccionar luminarias y disponerlas convenientemente con el objeto de satisfacer adecuadamente las necesidades visuales a un costo razonable.

Tarea Visual del Conductor:consiste en detectar obstculos, reconocer objetos, leer seales, etc., provenientes del alrededor con la suficiente precisin y rapidez de modo que le permitan reaccionar en forma adecuada y oportuna.

La exigencia visual depender del tipo y caractersticas de la va de circulacin. Existen Normas donde se clasifican las vas de circulacin. En Argentina se encuentra vigente la Normativa IRAM-AADL J2022-1-2-4.

Principales geometras de instalaciones de iluminacin vial

Suspensin Unilateral Tresbolillo Enfrentadas Central Bilateral


SUSPENDIDAS (Axial)

Configuracin favorable cuando existe edificacin lateral (facilidad para anclaje de tensores), cuando el arbolado es bajo o inexistente y cuando las veredas son angostas.

Unilaterales

En esta configuracin, los mayores valores de iluminancia estn bajo la luminaria, mientras que los menores valores de E, o estn en el lado opuesto o en zonas entre luminarias.

Se consiguen buenas uniformidades (Uo, G1, G2) si H A


Tresbolillo

Los mayores valores de E estn bajo la luminaria, mientras que los menores valores estn en el lado opuesto a la luminaria.

Se consiguen buenas uniformidades si 1 A/H 2Es recomendable para arbolado bajo en ambas veredas.

No se recomienda en autopistas y calles principales, debido a la mala gua visual.


Bilaterales enfrentadas

Se puede lograr buena uniformidad si la altura H de luminarias se elige tal que 2 A/H 2,5La luminancias y las iluminancias mximas se hallan en los carriles por debajo de la lnea de luminarias,

En calles de trnsito rpido, las columnas estn mas expuestas a ser embestidas.


Central Bilateral

La luminancia y la iluminancia son menores sobre los carriles externos;

Se logra una buena gua visual debido a la ubicacin de las luminarias en una sola lnea.


Alturas de montaje

La altura de montaje h tiene una gran influencia sobre la calidad de la iluminacin y sobre los costos,

Por ejemplo, si h 9 m,Ventajas:

mejores uniformidades de L y E, menor deslumbramiento, posibilitando emplear lmparas de mayor flujo, mayor separacin entre luminarias, con reduccin de la cantidad de luminarias por Kmy del costo inicial de la instalacin.

Desventajas:

mantenimiento ms difcil y caro, mayor cantidad de flujo luminoso fuera del rea til a iluminar, columnas ms caras.

Alturas de montaje de luminarias y flujo luminoso

Altura de la luminaria recomendable en funcin del flujo luminoso de la lmpara:

Alturas de montaje y separacin

Esta relacin depende de la distribucin de intensidades (fotometra) de las luminarias y afecta directamente a las uniformidades y a los valores iniciales de L y E (distribucin Longitudinal Larga, Media y Corta -IRAM-AADL J2022-1-),

Si se cumplen los niveles de iluminacin (Norma IRAM-AADL J2022-2), la relacin ptima ser aquella para la que se obtiene menor altura de montaje y mayor separacin de luminarias.

CRITERIOS DE CALIDAD

Se recomiendan en las Normas valores de parmetros luminotcnicos. Estos actan influenciando las condiciones visuales en dos niveles:

* Perfomancia Visual

* Confort Visual

Perfomancia Visual : En general se entiende por perfomancia a una forma de medir el rendimiento o los resultados obtenidos en la realizacin de una tarea, en trminos de velocidad y/o precisin.

Confort Visual : El concepto de confort visual engloba en s los elementos sicofsicos de la relacin entre el observador y su entorno.

Perfomancia visual Confort visualNivel luminancia media

sobre calzada Lmedluminancia media sobre calzada Lmed

Uniformidad en cualquier punto sobre la calzadaUo=Lmn/Lmed

A lo largo del carril centralUl=(Lmn/Lmx)longitudinal

Deslumbramiento Incremento del umbralTI%

Indice de deslumbramientoG

Clase Tipo detransito

Descripcion Ejem plos

A*M uy rapidovel.>100Km /h

Calzadas de m anos separadas,dos o m as carriles por m ano, librede cruces a n ive l, contro l deaccesos y sa lidas.

Autop istas

B*Rapidovel.

Existen dos tcnicas o mtodos de clculo tendientes a determinar los parmetros luminotcnicos de diseo para instalaciones de alumbrado

pblico:

tcnica de la iluminancia

tcnica de la luminancia.

El empleo de una u otra tcnica depender de la clasificacin de la va de trnsito. Para las clases A, B1, B2 y C (esta ltima es optativa) la norma

IRAM AADL J 2022-2 recomienda aplicar la tcnica de la luminancia; para las restantes clases recomienda la tcnica de la iluminancia.

METODOS DE CALCULO

TCNICA DE LA ILUMINANCIAPermite evaluar el flujo luminoso que llega a la superficie a iluminar pero no brinda informacin de cmo el observador percibe el espacio iluminado.Se basa en la aplicacin de la ley de la inversa del cuadrado de la distancia para el clculo en un punto sobre un plano, en general horizontal .

Eph = I.cos / d [Lux]

Eph [lux]: iluminancia en el punto P sobre la calzada .I [cd] : intensidad del haz luminoso de la luminaria en la direccin al punto considerado.d [m] : distancia entre la luminaria y el punto P .

: ngulo de la proyeccin de la intensidad luminosa sobre la vertical al punto P. h : altura de montaje

pero d = h/cos , por lo tanto Eph = (I / h).cos3

Zona de clculo de principales geometras de instalaciones de iluminacin vial

Los parmetros a calcular y/o evaluar son:

a) Iluminancia media sobre la zona sombreada que representa la iluminancia media sobre la calzada, Emed [lux].

b) Regularidades: G1 = Epmn/Emed y G2 = Epmn/Epmx

Determinacin de Emed , G1 y G2 punto por punto

nEmed= ( Epj ) / n

j=1

Emed = [(1/4). Valores esquineros + (1/2). Valores de borde + Valores internos)] / Nmeros de Cuadros

Rejilla para el calculo y/o evaluacin de la iluminancia segn IRAM-AADL 2022-2 :

Datos fotomtricos para la aplicacin de la tcnica de la iluminancia

Definicin de ngulos en el sistema CIE

Emed = u / (rea sobre la calzada)

rendimiento o factor de utilizacin: = Lum / L

Iluminancia media en base al rendimiento o factor de utilizacin

Fu = u / Lum

Cu = .Fu = u / L

Flujo til sobre el rea de inters

Emed sobre una calzada de ancho b = b1+b2 y separacin entre luminarias sucesivas "s" se calcula como:

Emed = u / (b.s)

de acuerdo a la figura surge: u = 1 + 2 + 3 + 4 +...+ j +....

u es equivalente al flujo que emite una luminaria a lo largo de la calzada:

u = Cu . Lreemplazando resulta: Emed = ( Cu. L) / (s.b)

Para b1 /h lado camino se obtiene cuLcPara b2 /h lado vereda se obtiene cuLv

Cu = cuLc + cuLv

a) Determine la Clase de la va de circulacin segn la clasificacin establecida por la norma IRAM J 2022-2.

b) En base a la clasificacin establecida, determine el tipo de parmetro luminotcnico a emplear y los niveles mnimos recomendados por la norma para esa clasificacin.

c) Suponiendo que se ha optado por la utilizacin de lmparas de vapor de sodio de alta presin para iluminar la calle, determinar mediante las curvas de rendimiento el espaciamiento necesario para obtener sobre la calzada un nivel de iluminancia inicial acorde con el nivel obtenido en el punto 2.

d) Sugerencias: utilizar geometra unilateral izquierda, alturas de montaje entre 7 y 11 metros, y decidir por alguna de las luminarias cuyas curvas se adjuntan.

EJEMPLO DE APLICACIN

Sea una calle secundaria de 10 metros de ancho, cercana a una avenida principal. La velocidad mxima permitida es de 40 km/h y hay presencia de peatones y vehculos estacionados:

Instalacin Central - Bilateral

Instalacin Bilateral

Luminancia de un punto P (Lp) visto desde 0, iluminado por una luminaria:Lp = f (; ; )

vara aproximadamente entre 1.5 y 0.5 respectivamente para 60 y 160m de distancia desde la posicin del observador. Entonces se considera = cte = 1

Con lo cual : Lp = f ( , )

TCNICA DE LUMINANCIA

====> Es la distribucin de luminancias en todo el campo visual, la que cumple con los requisitos ideales para expresar lo que el conductor de un automotor observa desde su posicin de observacin.

Si la superficie es perfectamente difusora, la luminancia resulta independiente de los ngulos y :

Lp = ( / ). EpSiendo el factor de reflexin del pavimento y Ep la iluminancia en el punto P.

qp = ( / ) es el coeficiente de luminancia de una superficie difusora.Para superficies no perfectamente difusoras: Lp = qp . Ep (*)

qp vara con los ngulos y :L q EP P= ( , )

La iluminancia Ep en el punto P es:

Se reemplaza en (*):

El producto se llama coeficiente reducido de luminancia.

Finalmente:

Los valores de r necesarios para la aplicacin de la tcnica pueden ser obtenidos mediante mediciones de laboratorio sobre una muestra representativa de la superficie de la calzada.

2

3

P hcos)I(C,E =

2

3

P hcos),q()I(C,L =

3cos x ),q(),r( =

),r(h

)I(C,L 2P =

DISPOSITIVO DE MEDICIN

Informacin fotometrica de pavimentos:

CLASIFICACIN DE PAVIMENTOS

Para simplificar el calculo, partiendo de un gran nmero de mediciones se han clasificado las caractersticas reflectivas de pavimentos en cuatro grupos, R1,R2,R3 y R4, de acuerdo a su especularidad.

Los parmetros empleados por la CIE para cuantificar estas cualidades son:

Qo : (coeficiente de luminancia medio) para la claridad yS1, S2 : (factores especulares) para la especularidad.

Factor especular S1: Es un factor que representa el grado de reflexin especular de la superficie de una calzada.

Qo = (1/o). 0 q .d S1 = r(0,2) / r(0,0) S2 = Qo / r(0,0) q : coeficiente de luminancia,

o : ngulo slido, medido desde un punto sobre la superficie, conteniendo todas aquellas direcciones de la luz incidente consideradas.

r(, ) : coeficiente reducido de luminancia

EJEMPLO: Caracterizacin de 4 muestras en la clasificacin estndard

Muestras

A: clara y lisa

B: clara y rugosa

C: oscura y lisa

D: oscura y rugosa

Recomendacin prctica:

Para los clculos luminotcnicos se recomienda utilizar la matriz de reflexin clase R3 para conglomerados asflticos, y la clase R2 para firmes de hormign.

GRILLA DE CALCULO PROPUESTA POR NORMA IRAM J2022-2

Evaluacin y mitigacin de la polucin lumnica urbana

Expositor: Mag.Ing. Alberto J. Cabello Profesor Adjunto DLLyV-UNT

Polucin Lumnica UrbanaPodemos definirla como la luz que se emite al cielo desde lossistemas de alumbrado artificial (alumbrado pblico, residencial y comercial) y se difunde en la atmsfera, generando una iluminacin deficiente y un gasto energtico intil.

Afecta la visibilidad de vas de circulacin, la apreciacin de espacios exteriores y la observacin de estrellas. El Halo o Aureola Luminosa se introduce en dormitorios y salas de estar, alterando y agrediendo a sus habitantes.

Causas Luminarias con deficiente control de la

distribucin luminosa, Exceso de iluminacin de espacios exteriores, Diseo inadecuado de instalaciones de

alumbrado, Ausencia de regulaciones, Luz proveniente del interior de edificios a

travs de las ventanas, Luz reflejada en las fachadas de los edificios.

Problemas que genera

Desperdicio de Energa Iluminacin del cielo Efectos en plantas y animales Reduce la visibilidad

El 30% de la luz artificial en el mundo es enviada a la atmsfera -----> ENERGA DERROCHADA

-----> CONSUMO EXTRA DE COMBUSTIBLES NO RENOVABLES -----> Mayor POLUCION AMBIENTAL

El efecto se presenta visualmente en la forma de una aureola (halo) brillante circundante sobre la ciudad.

Fuentes de origen: Alumbrado Pblico, Alumbrado Comercial, Alumbrado Deportivo, interior de edificios, emisin de vehculos, etc.

La Polucin Lumnica afecta la salud*

Interfiere con el ritmo circadiano Inhibe la produccin de Melatonina Disturbios de sueo Sospechas en el incremento de leucemia infantil El deslumbramiento en calles crea condiciones

de riesgo para conductores y peatones La prdida del medioambiente natural nocturno

contribuye a la desconexin con la naturaleza y con la inspiracin que ofrece un cielo estrellado.

* Investigadores: Blask, Pauley, Brainard, Rea, Schernhammer, Crain

La flora y la fauna han evolucionado a lo largo de cientos de millones de aos en un ciclo da brillante - noche oscura, con la fase lunar estimulando comportamientos.

La polucin Lumnica altera drsticamente el comportamiento y el hbitat de:

Aves Anfibios Peces Insectos Mamferos

Polucin Lumnica caracterstica de San Miguel de Tucumn en hora pico.-

Polucin Lumnica con los sistemas de Alumbrado Comercial y Privado desconectados.-

La contaminacin ambiental incrementa los efectos de la polucin lumnica

Control de la polucin lumnica urbanaExiste actualmente una gran preocupacin por controlar y limitar el impacto ambiental de las instalaciones de alumbrado urbano. La luz es necesaria y su aprovechamiento debe ser optimizado evitando el posible derroche por mal diseo de luminarias o uso inadecuado en instalaciones.

(A1) Apagar las luces cuando no se necesitan para la seguridad o realce de la escena nocturna. A este respecto se puede introducir el concepto de un toque de queda con unas limitaciones en los niveles de luz entre algunas horas, como p.e. apagar la iluminacin decorativa, comercial y publicitaria en las calles entre las 23hs y el amanecer.

PROCEDIMIENTOS RECOMENDADOS POR LA CIE PARA REDUCIR LA POLUCIN LUMNICA

Apndice 1 de la Publicacin CIE N126, Guidelines for Minimizing Sky-Glow,

(A2) Utilizar luz directa hacia abajo siempre que sea posible para iluminar sus objetivos; no hacia arriba. Si no hay alternativa a la iluminacin hacia arriba, entonces utilizar un apantallamientopara reducir al mnimo la luz esparcida:

(A3) Utilizar equipos especialmente diseados de modo que una vez instalados minimicen la luz esparcida cerca o sobre el planohorizontal:

(A4) No iluminar excesivamente. Ello da lugar a contaminacin luminosa y a malgastar el dinero. La CIE dispone de numerosas normativas recomendando niveles ptimos de iluminacin segn la tarea visual de que se trate.

(A5) Para mantener el deslumbramiento en un mnimo, habrque asegurarse de que el ngulo del haz principal de todas las luces dirigidas hacia cualquier observador potencial se mantenga por debajo de los 70. Deber tenerse en cuenta, que si se aumenta la altura del montaje, deber disminuirse el ngulo del haz de los rayos luminosos. En los lugares con poca luz ambiente, el deslumbramiento puede ser muy molesto, por lo que se debe cuidar con esmero el posicionamiento y orientacin de las luminarias:

(A6) Cuando sea posible, se recomienda utilizar luminarias con haces asimtricos que permitan mantener su cierre frontal paralelo o casi paralelo a la superficie que se quiere iluminar:

(A7) Para iluminacin domstica e iluminacin de seguridad a pequea escala existen dos soluciones:

(i) Se pueden utilizar con efectividad detectores pasivos de infrarrojo, si se instalan y alinean correctamente (ver Figura).Una lmpara incandescente halogenada de 150W (2000 lm) resulta mas que suficiente. Lmparas de 300 a 500W producen demasiada iluminacin, mayor deslumbramiento y sombras ms oscuras o acentuadas.

(ii) Son igualmente aceptables iluminaciones permanentes con bajo brillo durante toda la noche. En el caso de iluminar un porche de una vivienda, lo mas adecuado es utilizar una lmpara fluorescente compacta de 9W (600 lm).

(A8) Para alumbrado de vas de trfico rodado se debe minimizar el flujo sobre el plano horizontal y restringir la intensidad cerca de dicho plano (ver FHSs en la Tabla siguiente).A los ingenieros en iluminacin o a la autoridad de planificacin involucrada en el diseo de instalaciones de iluminacin, la CIE en su publicacin N 126[12]recomienda la adopcin de las siguientes limitaciones de la luz perturbadora para las instalaciones de alumbrado exterior:

Zonas Medioambientales (debern ser definidas en cada caso por la Autoridad de Planificacin Local):

Caracterizacin y regulacin de la polucin lumnica

Con el objeto de reducir el impacto ambiental asociado al alumbrado artificial el cual produce perturbaciones a determinados sectores de la sociedad (astrnomos, ciudadanos, ambientalistas, etc.), la CIE ha establecido indicadores y limitaciones, en las publicaciones:

[1] Commission Internationale de lEclairage. Guidelines for Minimizing Sky-Glow. Publicacin CIE n 126, (1997).

[2] Commission Internationale de lEclairage. Guide of Limitation of the effects of Obtrusive Light from Outdoor Lighting InstallationsCIE TC 5-12 (1995).

Indicadores:

FHS (Flujo Hemisfrico Superior): Proporcin del flujo de las lmparas de una luminaria que se emite sobre la horizontal cuando la luminaria est montada en su posicin normal de diseo.

FHSINST (Flujo Hemisfrico Superior instalado): Proporcin del flujo de una luminaria que se emite sobre la horizontal cuando la luminaria se monta en su posicin de instalacin.

Limitaciones del Flujo Hemisfrico Superior

1.- Considerando que el Flujo Hemisfrico Superior Instalado (FHSinst%) de una luminaria, es el % de flujo saliente de la luminaria en posicin de montaje, que se emite sobre su plano horizontal.

2.- Las luminarias que se instalen no debern superar los siguientes valores en cada Zona (segn CIE 126):

indicadores propuestos por la CIEFHS = DU / LAMP (1)

DU: flujo luminoso emitido por la luminaria sobre el plano horizontalLAMP: flujo total de lmparas contenidas en la luminaria

FHSINST = DU / LUM (2)

LUM es el flujo total de la luminaria, y LUM= .LAMP,

entonces:FHSINST = DU / .LAMP (3)

es el rendimiento total de la luminaria con respecto al flujo total de lmparas de la misma. Cabe destacar que DU difiere en general de DUexcepto para inclinacin en C90 de 0

Lamp.DU

LumDU

Donde:Ev es la iluminancia vertical en lux, I es la intensidad luminosa en Kilocandelas y L es la luminancia media en candelas por metro cuadrado.

Limitaciones de la Luz Perturbadora procedente de Instalaciones de Alumbrado Exterior (CIE TC 5-12)

Luminarias Contaminantes:

Luminarias No Contaminantes:

INSTALACION

INCORRECTA:

INSTALACION

CORRECTA:

INSTALACION

INCORRECTA:

INSTALACION

CORRECTA:

INSTALACION

INCORRECTA:

INSTALACION

CORRECTA:

EJEMPLOS A EVITAR:

Agradecimientos:El autor agradece a la Agencia Nacional de Promocin Cientfica y Tecnolgica PICT 1447, y a la Universidad Nacional de Tucumn, proyecto CIUNT 26/E430, por el apoyo econmico en la realizacin de este trabajo.

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