Alumbrado Exteriorgrupo_ene.webs.uvigo.es/wordpress/publicaciones/Bloque... · 2013-04-16 · Alumbrado exterior y demanda energética Algunos datos de referencia para evaluar el

Alumbrado Exterior

Bloque nº 9

Curso de Gestor para la Eficiencia

Organizado por INEGA

Salón de Actos de la Confederación de Empresarios de Ourense

Praza das Damas, 1

32005 Ourense

11 de octubre de 2011 9:00-10:30 y 10:50-12:20

Camilo José Carrillo González Universidade de Vigo http://webs.uvigo.es/carrillo

1

http://webs.uvigo.es/carrillo

Alumbrado Exterior

1. Introducción - Conceptos básicos 2. La visión nocturna 3. Equipos para alumbrado exterior 4. Sistemas de regulación y control 5. Eficiencia energética 6. Cálculo de parámetros lumínicos 7. Niveles de iluminación 8. Alumbrado de señales y anuncios luminosos

2 Alumbrado Exterior

1. Introducción


Objetivos fundamentales del alumbrado exterior: • Seguridad del tráfico y de las personas Otros objetivos: • Reducción de accidentes • Ayuda a la protección policial • Mejora del tráfico • Mejora de la actividad de ocio • Promoción de negocios e industria en horario nocturno • Realce de elementos singulares, como edificios históricos

Alumbrado exterior y demanda energética Algunos datos de referencia para evaluar el alumbrado público en España son: • Consumo en alumbrado público: 3.400 GWh (1,25% ~ 450 M€) • Consumo en alumbrado en general: 40.000 GWh (15%) • Consumo eléctrico español: 270.000 GWh • Número de puntos de luz: ~ 4,4 millones • Puede suponer el 60% del consumo eléctrico de un ayuntamiento

1. Introducción


Luminarias de alumbrado exterior per cápita (fuente: www.EUP4LIGHT.net 2005)

0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300

Suecia

Bélgica

Italia

Paises Bajos

Dinamarca

Francia

Luxemburgo

Reino Unido

Austria

Total UE25

Chipre

Malta

Alemania

Polonia

Portugal

España

Irlanda

Grecia

Finlandia

Hungría

Eslovaquia

Estonia

Slovenia

Letonia

Lituania

Rep. Checa

1. Introducción


Comportamiento relativo de un conductor con luz de cruce e iluminación pública

Situación Luminancia Sensibilidad Diferencial al

Contraste

Agudeza Visual

Eficacia Visión Binocular

Luz de Cruce 0,2-0,3 cd/m2 1 1 1

Luz de Cruce con Alumbrado Público

2 cd/m2 3 2,5 3

1. Introducción


CONCEPTOS LUMINOTÉCNICOS BÁSICOS El flujo luminoso () en lumen (lm) Es la cantidad de luz que emite una fuente luminosa. Medida: Esfera Integradora

Esfera integradora

1. Introducción


CONCEPTOS LUMINOTÉCNICOS BÁSICOS

La intensidad luminosa (I) en candelas (cd) Es la densidad de luz que se encuentra dentro de un estereoradian. Se representa en forma de diagrama polar o diagrama fotométrico.

Diagrama polar Medida: Gonio-fotómetro

Ángulos fotométricos o de elevación γ

Ángulos de azimut C

1. Introducción


CONCEPTOS LUMINOTÉCNICOS BÁSICOS

La iluminancia (E) en luxes (lx) Es la densidad de flujo luminoso que recibe una superficie. Medida: Luxómetro

La luminancia (L) en candelas por m2 (cd/m2) Es la intensidad luminosa directa desde una fuente de luz o reflejada por una superficie en una determinada dirección para una determinada unidad de área. Es equivalente al brillo. Medida: Medidor de luminancia o luminancímetro

Luxómetro

Medidor de luminancia

1. Introducción


Normativa de referencia

• “Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior y sus Instrucciones técnicas complementarias EA-01 a EA-07” Real Decreto 1890/2008 (en adelante REEIAE)

• Norma UNE-EN 13201-2. Iluminación de carreteras. Requisitos de prestaciones. • Norma UNE-EN 13201-3. Iluminación de carreteras. Cálculo de prestaciones. • Norma UNE-EN 13201-4. Iluminación de carreteras. Métodos de medida de las

prestaciones de iluminación. La mencionada normativa recoge múltiples aspectos de recomendaciones elaboradas por organismos internacionales las elaboradas por la Comisión Internacional de Iluminación, usualmente abreviado como CIE por su denominación francesa, Commission Internationale de l'Éclairage, el IESNA (Illuminating Engineering Society of North America), o el Comité Español de Iluminación (CEI).

2. La visión nocturna


En condiciones de iluminación elevada (p.e. un día soleado) y en condiciones de baja iluminación (p.e. luz de luna) el comportamiento espectral del ojo es distinto. Tipos de fotorreceptores CONOS: 7 millones, percepción del color BASTONES: 120 millones, únicos activos con iluminación baja

Respuesta espectral de los fotorreceptores en el ojo humano

0

350 400 450 500 550 600 650longitud de onda en nm

bastón

cono long.onda cortacono long.onda mediacono long.onda larga

350 400 450 500 550 600 650

longitud de onda en nm



Las condiciones de iluminación fijan los tipos de visión: • Escotópica (visión nocturna) • Mesópica • Fotópica (visión diurna)

1E-06 1E+041E+0211E-021E-04 1E+06

cd/m2

Bastones

Conos

Escotópica Fotópica

Mesópica

NOCHE SIN

LUNA

(NUBLADO)

LUZ DE

LUNEA (LUNA

LLENA)

AMANECER

(PRIMERAS

HORAS)

TIENDA O

OFICINA

LUZ DIURNA

(DÍA

SOLEADO)

Rangos aproximados de la visión



Calculo del flujo luminoso depende de la respuesta espectral del ojo. La potencia radiante se pondera con la respuesta espectral del ojo. P: Lúmenes fotópicos S: Lúmenes escotópicos L: Potencia espectral V: Respuesta espectral fotópica V’: Respuesta espectral escotópica

Respuesta espectral de la visión fotópica y escotópica

770

380

683 LP V

770

380

1699 L VS

P: Lúmenes fotópicos ó lúmenes Variables fotópicas (lux, cd/m2...)

S: Lúmenes escotópicos Variables escotópicas (lux, cd/m2...)

Luxómetro dual (fotópico y escotópico)



Valoración del comportamiento escotópico de la una fuente de luz

lúmenes escotópicosS P

lúmenes fotópicos

0

1

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800longitud de onda en nm

Respuesta FotópicaRespuesta EscotópicaPotencia Radiante RelativaPond. FotópicoPond. Escotópico

Halogenuros metálicos 2996K

S P 1,34

0

1

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800longitud de onda en nm

Respuesta FotópicaRespuesta EscotópicaPotencia Radiante RelativaPond. FotópicoPond. Escotópico





lúmenes fotópicos

LED blanco frio 4569K

S P 1,85





lúmenes fotópicos

En general, la luz fría (>5.000K) produce mayores ratios S/P, que una fuente de luz cálida (<3.300K), de forma aproximada: • Luz de blanco frío 5000K, S/P = 2,1 • Luz de blanco neutro 4000K, S/P = 1,65 • Luz de blanco cálido 3000K, S/P = 1,4 • Lámpara de vapor de sodio de alta presión, S/P = 0,64




n

VEL P S P

Situaciones habituales de iluminación visión mesópica (conos+bastones). Lúmenes visualmente efectivos o VEL, en inglés “visually effective lumens” o “pupil lumens”.

n depende del tipo de actividad: • n=0 para situaciones de visión

fotópica pura (diurna) • n=1 para situaciones de visión

escotópica pura (nocturna) o trabajo con ordenadores

• n=0,78 lectura (valor habitual)



Lámparas de iluminación espectral mejorada

Tareas en viales nocturnos y tipos de visión involucrados - Visibilidad directa con detección de objetos, donde la visión central es predominante (visión fotópica). Cuando el objeto está fuera de la línea de visión directa a niveles mesópicos de iluminación (visión fotópica + escotópica). - Percepción de la luminosidad espacial, esta tarea describe como la luz es percibida en una determinada área, por ejemplo, por la noche está relacionada con cuanto de segura se encuentra una persona por la noche ante una determinada iluminación ambiental (visión fotópica + escotópica). - Visión de guiado y detección de objetos fuera de la línea de visión directa (visión fotópica + escotópica). - Detección de movimiento, la habilidad para detectar objetos en movimiento tanto en la línea de visión directa como fuera de ella son fundamentales durante actividades como la conducción. (visión fotópica + escotópica).

Las lámparas con un ratio S/P elevado (>1) reciben la denominación de lámparas de iluminación espectral mejorada (en inglés “spectrally enhanced lighting”)

Fabricantes > +Efectivas en iluminación nocturna



Lámparas de iluminación espectral mejorada

En conclusión, si bien es cierto que ciertas actividades puede verse favorecidas por la utilización de fuentes de iluminación que contribuyan a la visión escotópica, a la hora de establecer criterios de seguridad se han de respetar los límites fotópicos establecidas en la normativa de aplicación. También se puede concluir que en igualdad de lúmenes fotópicos, las tareas a realizar, en especial en alumbrado nocturno, pueden verse mejorados si el valor de VEL es elevado.

Las lámparas con un ratio S/P elevado (>1) reciben la denominación de lámparas de iluminación espectral mejorada (en inglés “spectrally enhanced lighting”)

Fabricantes > +Efectivas en iluminación nocturna



Lámparas de iluminación espectral mejorada y eficiencia energética

Resultados del DOE (EEUU) de sustitución por fluorescentes de iluminación espectral mejorada.

Pre Post

Fabricante GE GE

Tipo F32T8/SP30/ECO F32T8/XL/SPX50/HLEC

Potencia nominal 32 25

Tipo Balasto Electrónico Electrónico

Color 730 850

Temperatura Color 3500K 5000K

IRC 78 80-85

Lúmenes fotópicos nominales 2800 3000

Factor Balasto (FB) 0.88 0.60

Lúmens fotópicos (P x FB) 2464 1800

Ratio S/P 1.3 2.0

Lúmenes visualmente efectivos 3024 3091

Reducción de potencia

Reduccción de lúmenes

Incremento S/P

Reduccción de lúmenes VEL

26.9%

53.8%

2.2%

21.9%

• Edificio de oficinas • 4 plantas • 11000 m2

• 2800 luminarias Resultados: evaluación de satisfacción de los usuarios La disminución de lúmenes se compensa con el mantenimiento de los VEL.

“Spectrally Enhanced Lighting Program Implementation for Energy Savings: Field Evaluation” Pacific Northwest National Laboratory (2006)

3. Equipos para alumbrado exterior


Lámparas y Luminarias

• Eficacia (lm/W) • Vida útil (horas) • Mantenimiento del Flujo Luminoso • Distribución lumínica luminaria • Temp. Color (CCT) • Reproducción Cromática (IRC) • Potencia unitaria • Regulación de flujo • Tiempo reencendido • Tiempo arranque

CARACTERÍSTICAS

LÁMPARA/LUMINARIA

Afecta a la

potencia a

instalar

Diseño

Gestión y

control



Tecnologías habituales en alumbrado exterior

incandescencia

descarga

estado sólido

sin electrodos

Vapor de sodio del alta presión

Halogenuros metálicos cerámicos

Lámparas fluorescentes

Vapor de mercurio

Vapor de sodio de baja presión LED

Inducción

Plasma

En desarrollo / pre-comercial

En desarrollo

Madura

En desuso

Lámpara LED Lámpara Inducción Lámpara Vapor de Sodio







Incandescente

Halógena

Fluorescente

Fluorescente compacta

Halogenuros metálicos

Vapor de sodio de alta presión

LED

Inducción

Plasma

2.500K 4.000K 4.500K 5.000K 5.500K 6.000K 6.500K ....3.000K 3.500K


24

Tecnología clásica: Lámparas de descarga de alta intensidad En las lámparas de descarga la luz se consigue al excitar un gas con una descarga eléctrica entre dos electrodos.

• Tipos de gas: vapor de mercurio, vapor de sodio, vapor de mercurio más halogenuros metálicos,...

• Eficacia luminaria: 40 -140 lm/W • Duración: 10.000 h - 40.000h (depreciación flujo) • IRC: 0-90 • Temp. color: 2.700K-6000K • Arranque: 3 a 60 s • Regulable: 20%-40% a 100%

3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias

Alumbrado Exterior

25

Tecnología en desarrollo: el LED Un LED es un diodo emisor de luz (Light-Emitting Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz (electroluminiscencia) cuando circula por él una corriente.

• Semiconductores (diodo) • Eficacia luminaria: 40 -80 lm/W (... 100 lm/W) • Duración: <50.000h (70% flujo; resistente al fallo) • IRC: 40-90 • Temp. color: 2.700K-5000K • Arranque: instantáneo • Regulable: 0%-100% • Lente incorporada en la lámpara

Fuente: I. Lima, M. Granger and F. Morgan "The Transition to Solid-State Lighting" Proceedings of the IEEE (2009); UVIGO


Alumbrado Exterior

26

VENTAJAS:

Rápido desarrollo (previsión: >100 lm/W)

Encendido y reencendido instantáneo (control de presencia,...)

Regulación %0 al 100%

Diseño luminarias (distribución lumínica uniforme)

Temperatura de color alta (blanco frío) Visión escotópica

Alto IRC

Sin emisión de UV (no degradación de colores)

Sin emisión de IR (no radian calor)

Bajo impacto ambiental (sin contenido en mercurio)

LED

VSAP

Tecnología en desarrollo: el LED


Alumbrado Exterior

27

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-400

-200

0

200

400

tiempo en s

tensio

n e

n V

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02

-0.5

0

0.5

tiempo en s

corr

iente

en A

INCONVENIENTES: Precio por lumen Vida útil fuertemente dependiente de la

temperatura: Altas temperaturas ambiente (climas

tropicales) Sobrealimentación del diodo Disipación (ventilación)

Falta de lámparas de sustitución Electrónica potencia (inmunidad, f.d.p.) Coherencia de color entre unidades Variedad de tensiones de alimentación Fabricantes con poca implantación en Europa Falta de normativa específica

cos fi = 0,88

FP = 0,57


Tecnología en desarrollo: el LED

Alumbrado Exteriorr

28

La más duradera: INDUCCIÓN Las lámparas de inducción son similares a lámparas fluorescentes con excitación mediante fuertes campos magnéticos de los átomos de mercurio del gas interior a la lámpara.

• Mercurio • Excitación por campo magnético • Eficacia: 60-70 lm/W • Duración: hasta 100.000 h • IRC: 75-80 • Temp. color: 3.000K-4000K • Arranque: 0,5 s • Regulable: 30% -100%

Fuente: PHILIPS

Fuente: OSRAM


Alumbrado Exterior

29

Tecnologías emergentes: PLASMA Las lámparas de plasma están formadas por una ampolla de halogenuros metálicos excitada por RF de alta frecuencia. Alta potencia lumínica (hasta 23.000 lumen, equivalente a 250W).

• Halogenuros metálicos • Excitación por RF • Eficacia: 60 -100 lm/W • Duración: 30.000 h - 50.000h • IRC: 70-95 • Temp. color: 4.000K-6000K • Arranque: 45 s • Regulable: 20%-100%

Fuente: LUXIM


Alumbrado Exterior

30

Balastos y fuentes de alimentación

3. Equipos para alumbrado exterior Equipos auxiliares

Las ventajas principales de la utilización de los balastos electrónicos: • Mayor eficiencia de la lámpara por alimentarla a frecuencia elevadas • Prevención del efecto estroboscópico • Mayor eficiencia del balasto, al desparecer las pérdidas en el cobre y en el hierro

(rendimiento superior al 95%) • Arranque instantáneo • Factor de potencia del conjunto puede ser unitario • Inmunidad a variaciones de la tensión de entrada • Posibilidad de incorporar control de flujo luminoso

Alumbrado Exterior

31


100

101

102

100

102

104

106

108

110

112

frecuencia en kHz

lum

en

Flujo luminoso versus frecuencia de alimentación

Balastos y fuentes de alimentación

Alumbrado Exterior

32


Consideraciones sobre el factor de potencia

cos φ: coseno del ángulo de desfase entre la componente fundamental de la tensión y de la corriente. Relacionado con: • Facturación: penalizaciones por consumo excesivo de reactiva • Valor mínimo indicado por normativa (p.e. 0,9 para lámparas de descarga) factor de potencia λ: relación entre la potencia activa y aparente consumida por una carga. En ausencia de armónicos: En presencia de armónicos:

𝜆 = 𝑃𝑈𝐼

𝜆 = 𝑐𝑜𝑠𝜑

2

I

cos

THD1

100

THDI es la tasa total de distorsión armónica de la corriente (0 para corrientes sinusoidales)

Alumbrado Exterior

33


Consideraciones sobre el factor de potencia

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Fa

cto

r d

e p

ote

ncia

λ

Tasa de distorsión armónica de la corriente (THDI)

cos fi =1

cos fi =0,95

cos fi =0,9

cos fi =0,85

Alumbrado Exterior

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 -400

-200

0

200

400

Te

ns

ión

en

V

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 -0.5

0

0.5

tiempo en s

co

rrie

nte

en

A

Corriente demanda por una lámpara

2

I

cos

THD1

100

34

Eficacia mínima es (con excepción de las iluminaciones navideñas y festivas): • 40 lm/W, para alumbrados de vigilancia y seguridad nocturna y de señales y anuncios

luminosos. • 65 lm/W, para alumbrados vial, específico y ornamental.

3. Equipos para alumbrado exterior Eficiencia en equipos de iluminación

Alumbrado Exterior

Parámetros Alumbrado vial Resto alumbrados

Funcional Ambiental Proyectores Luminarias

Rendimiento de la luminaria ≥ 65% ≥ 55% ≥ 55% ≥ 60%

Factor de utilización ≥ 0,25 ≥ 0,30

Requisitos mínimo de las luminarias

35


Alumbrado Exterior

Potencia máxima del conjunto lámpara y equipo auxiliar SAP: Sodio de Alta Presión, HM: Halogenuros Metálicos, SBP: Vapor de Sodio de Baja Presión; VM: Vapor de Mercurio

Potencia nominal de

lámpara

Potencia total del conjunto (W)

SAP HM SBP VM

18 - - 23 -

35 - - 42 -

50 62 - - 60

55 - - 65 -

70 84 84 - -

80 - - - 92

90 - - 112 -

100 116 116 - -

125 - - - 139

135 - - 163 -

150 171 171 - -

180 - - 215 -

250 277 270 (2,15A) 277 (3A) - 270

400 435 425 (3,5A) 435 (4,6A) - 425

36


Alumbrado Exterior

ESTIMACIÓN DE COSTES: Sustitución de fluorescente T8 por T5

Horas Uso 4500 horas/año

Precio Energía 0,1728 €/kWh

Lámpara Convencional

Potencia 36 W

Consumo 44,1 W

Coste Lámpara 2 €

Coste Balasto Electromagnético 8 €

Coste 10 €

Lámpara Eficiente

Potencia 28 W

Consumo 33 W

Coste Lámpara 4 €

Coste Balasto Electrónico 28 €

Coste 32 €

Ahorros

11,1 W

49,95 kWh/año

8,63 €/año

Diferencia Coste 22 €

Amortización simple 2,5 años

37

4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de encendido

Alumbrado Exterior

Interruptor fotoeléctrico o crepuscular: incorporan un sensor fotovoltaico y tienen capacidad para encender o apagar un circuito en función de la luminosidad ambiente. Han de incorporar cierta histéresis o retardo en la actuación para evitar repetidos ciclos de encendido/apagado. Inconvenientes: mantenimiento (limpieza periódica), ajuste de umbrales

Interruptor horario astronómico: cálculo del orto y ocaso a partir de coordenadas

50 100 150 200 250 300 3506

8

10

12

14

16

18

20

22

día año

hora

local

orto

ocaso

Horario de orto y ocaso para Vigo Interruptor crepuscular y fotocélula

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4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de encendido

Alumbrado Exterior

El interruptor crepuscular y astronómico se pueden combinar en una misma instalación para conseguir cierta redundancia en la gestión de encendidos y apagados y conseguir una mejor adaptación a la condiciones de iluminación ambiental. Los umbrales de encendido se puede ajustar en el caso de que las lámpara instaladas sean de encendido rápido, esto podría permitir una reducción de los umbrales de encendido y apagado (umbral 70lx a 55lx) con el consiguiente ahorro anual (aproximadamente del 4% anual).

39

4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de flujo luminoso

Alumbrado Exterior

• Apagado parcial, apagado parcial de puntos de luz. Requiere alimentación a través de varios circuitos.

• Reactancia o balasto de doble nivel, la impedancia de la reactancia se aumenta mediante un relé con la consiguiente reducción de tensión y flujo luminoso en la lámpara. Se pueden conseguir una reducción de flujo de hasta el 40%.

• Estabilizadores de tensión y reductores de flujo, son equipos que cumplen con una doble tarea: la regulación del flujo luminoso y su mantenimiento en un valor constante ante variaciones en la tensión de alimentación. Estos equipos se instalan en cabecera de una instalación, lo que permite su implantación tanto en instalaciones nuevas como en instalaciones en servicio.

• Regulación de tensión en los balastos electrónicos o en fuentes de alimentación, en este caso la regulación se hace de forma local en cada luminaria actuando sobre su equipo auxiliar. En este caso suele ser necesario un canal de datos sobre el que poder enviar las consignas a los distintos equipos.

40


Alumbrado Exterior

Estabilizadores de tensión y reductores de flujo

0

50

100

150

200

250

20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00

12 min

Inicio ciclo de

encendido

Cambio a flujo

reducido

230

Fallo

alimentación

12 min

Inicio ciclo de

reencendido

Tensión nominal

Tensión reducida

Ten

sión

sal

ida

regu

lado

r (V

)

• Autotransformadores motorizados • Los valores de la tensión de flujo reducido son de 175 V para lámparas de VSAP y VM

equipadas con equipos auxiliares de regulación, en caso contrario el nivel reducido se fija en 195 V para las lámparas de vapor de mercurio.

• Tiempos de encendido y reencendido son largos para asegurar la correcta puesta en servicio de la instalación de alumbrado

41


Alumbrado Exterior

Estabilizadores de tensión y reductores de flujo

• 50 x SAP 100W (116W) • Consumo a 230V: 11,6 kW. • Tensión +1,5% entre 12:00 y 8:00 > +3% potencia • Consumo SIN regulador: 65,73 kWh/día (2% a tensión elevada). • Consumo CON regulador: 46,11kWh/día

• Ahorro energía: 30%.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 23396

398

400

402

404

406

hora

tensió

n e

n V

42

4. Sistemas de regulación y control Sistemas de gestión de alumbrado público

Alumbrado Exterior

DISPOSITIVOS DE CONTROL: • Apagado parcial (doble circuito) • Reactancias de doble nivel • Reductores de flujo en cabecera SISTEMAS DE TELEGESTIÓN Tipo de comunicación • Cableada (líneas de datos dedicadas) • PLC (a través de la red eléctrica) • Enlaces de radio • Telefonía móvil (3G, GSM, GPRS)

Interfaz

señales

control

Lámpara

Fuente de

alimentación con

entrada de control de flujo

Detección de

funcionamiento lámpara

Control

encendido

Interfaz

señales

gestión

Autómata

Alarmas locales

Emisión

alarmas

Detector presencia

Estado interruptores ...

Interfaz

señales control

Alimentación

230 V

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Alumbrado Exterior

Control • Encender y apagar lámparas, elevar o reducir su nivel de luz • Según parámetros internos (por ejemplo, un programador) • Según parámetros externos (por ejemplo, densidad del tráfico, luz diurna) Supervisión • Estado de lámpara: encendida, apagada, atenuada, fundida • Estado de la red • Horas de funcionamiento (p. ej., según el emplazamiento) • Consumo de energía (p. ej., por calles) • Compensación de la reducción de flujo luminoso

CAPACIDADES

44


Alumbrado Exterior

El proyecto: Sustitución de 10,000 luminarias por lámparas de vapor de sodio de alta presión con sistema de telegestión. La lámparas VSAP son un 30% más eficientes que las sustituidas. Coste: 12 M€ Ahorro: 520,000 €/año 70% reducción en consumo energético

Caso de éxito Oslo

Fuente: http://www.c40cities.org/bestpractices/lighting/oslo_streetlight.jsp

http://www.c40cities.org/bestpractices/lighting/oslo_streetlight.jsp

http://www.c40cities.org/bestpractices/lighting/oslo_streetlight.jsp

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Alumbrado Exterior

REEIAE - ITC – EA – 02 - Apartado 9 “Con la finalidad de ahorrar energía, disminuir el resplandor luminoso nocturno y limitar la luz molesta, a ciertas horas de la noche, deberá reducirse el nivel de iluminación en las instalaciones de alumbrado vial, alumbrado específico, alumbrado ornamental y alumbrado de señales y anuncios luminosos, con potencia instalada superior a 5 kW salvo que, por razones de seguridad, a justificar en el proyecto, no resultara recomendable efectuar variaciones temporales o reducción de los niveles de iluminación. Cuando se reduzca el nivel de iluminación, es decir, se varíe la clase de alumbrado a una hora determinada, deberán mantenerse los criterios de uniformidad de luminancia/iluminancia y deslumbramiento establecidos en esta Instrucción ITC-EA-02.” REEIAE - ITC – EA – 04 - Apartado 6 “Con la finalidad de ahorrar energía, las instalaciones de alumbrado recogidas en el capítulo 9 de la ITC-EA-02, se proyectarán con dispositivos o sistemas para regular el nivel luminoso mediante alguno de los sistemas siguientes: a) Balastos serie de tipo inductivo para doble nivel de potencia; b) reguladores-estabilizadores en cabecera de línea; c) balastos electrónicos de potencia regulable. Los sistemas de regulación del nivel luminoso deberán permitir la disminución del flujo emitido hasta un 50% del valor en servicio normal, manteniendo la uniformidad de los niveles de iluminación, durante las horas con funcionamiento reducido.”

46

5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento

Alumbrado Exterior

L m uf f Eficiencia

instalaciones alumbrado

Eficiencia lámparas y

equipos aux.

Factor de mantenimiento

Factor de utilización

m

L

SE

P m2·lx/W

• P es la potencia consumida por el conjunto

lámpara más equipo auxiliar (en W)

• S es la superficie iluminada (en m2)

• Em es la iluminancia media de la zona

considerada (en lx)

m2·lx/W

Relación entre el flujo útil

procedente de las

luminarias que llega a la

calzada o superficie a

iluminar y el flujo emitido

por las lámparas instaladas

en las luminarias

Relación entre los valores de iluminancia que se

pretenden mantener a lo largo de la vida de la

instalación de alumbrado y los valores iniciales.

• La disminución de flujo luminoso asociado al

envejecimiento de la lámpara

• La estanqueidad del sistema óptico y la

calidad de cierre de la luminaria

• La calidad del mantenimiento

• La contaminación ambiental de la zona

47


Alumbrado Exterior

L m uf f


FDFL, factor de depreciación del flujo luminoso de la

lámpara

FSL factor de supervivencia de la lámpara, el cual se

puede suponer igual a la unidad si se considera el

reemplazo inmediato de la lámpara averiada.

FDLU, factor de depreciación de la luminaria

mf FDFL FSL FDLU

48


Alumbrado Exterior

FDFL, factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara

Tipo de lámpara Período de funcionamiento en horas

4.000 h 6.000 h 8.000 h 10.000 h 12.000 h

Sodio alta

presión 0,98 0,97 0,94 0,91 0,90

Sodio baja

presión 0,98 0,96 0,93 0,90 0,87

Halogenuros

metálicos 0,82 0,78 0,76 0,76 0,73

Vapor de

mercurio 0,87 0,83 0,80 0,78 0,76

Fluorescente

tubular

Trifósforo

0,95 0,94 0,93 0,92 0,91

Fluorescente

tubular

Halofosfato

0,82 0,78 0,74 0,72 0,71

Fluorescente

compacta 0,91 0,88 0,86 0,85 0,84

49


Alumbrado Exterior

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

4.000 6.000 8.000 10.000 12.000

Fact

or

de

pre

ciac

ión

de

l flu

jo

Horas previstas de funcionamiento

Sodio alta presión

Sodio baja presión


Vapor de mercurio

Fluorescente tubularTrifósforo

Fluorescente tubularHalofosfato

FDFL, factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara

50


Alumbrado Exterior

FSL factor de supervivencia de la lámpara

Tipo de lámpara Período de funcionamiento en horas

4.000 h 6.000 h 8.000 h 10.000 h 12.000 h

Sodio alta

presión 0,98 0,96 0,94 0,92 0,89

Sodio baja

presión 0,92 0,86 0,80 0,74 0,62

Halogenuros

metálicos 0,98 0,97 0,94 0,92 0,88

Vapor de

mercurio 0,93 0,91 0,87 0,82 0,76

Fluorescente

tubular

Trifósforo

0,99 0,99 0,99 0,98 0,96

Fluorescente

tubular

Halofosfato

0,99 0,98 0,93 0,86 0,70

Fluorescente

compacta 0,98 0,94 0,90 0,78 0,50

51


Alumbrado Exterior

FSL factor de supervivencia de la lámpara

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

4.000 6.000 8.000 10.000 12.000

Fact

or

de

su

pe

rviv

ien

cia

Horas previstas de funcionamiento

Sodio alta presión

Sodio baja presión


Vapor de mercurio

Fluorescente tubularTrifósforo

Fluorescente tubularHalofosfato

52


Alumbrado Exterior

FDLU, factor de depreciación de la luminaria

Grado

protección

sistema óptico

Grado de

contaminación

Intervalo de limpieza en años

1 año 1,5 años 2 años 2,5 años 3 años

IP 2X

Alto 0,53 0,48 0,45 0,43 0,42

Medio 0,62 0,58 0,56 0,54 0,53

Bajo 0,82 0,80 0,79 0,78 0,78

IP 5X

Alto 0,89 0,87 0,84 0,80 0,76

Medio 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82

Bajo 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88

IP 6X

Alto 0,91 0,90 0,88 0,85 0,83

Medio 0,92 0,91 0,89 0,88 0,87

Bajo 0,93 0,92 0,91 0,90 0,90

53


Alumbrado Exterior

Valores máximos admitidos del factor de mantenimiento fm considerando luminaria IP6X y grado de contaminación bajo

54


Alumbrado Exterior

Factor de mantenimiento de flujo para lámparas de halogenuros metálicos (HM), valores máximos y valores de varios fabricantes, frente a los valores de una lámpara de inducción

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 5.000 10.000 15.000 20.000

facto

r d

e m

an

ten

imie

nto

de f

lujo

horas

HM Valores máximos

HM

Lámpara Inducción

LEDs y lámparas de inducción actualmente NO contemplados en la normativa

55


Alumbrado Exterior

TIPO EFICACIA

(lm/W)

Valor típico FDFL

VIDA ÚTIL

(khoras)

Duración (años)

COSTE €/(10klm·año)

COSTE MANTENIMIENTO

€/año

COSTE TOTAL 10klm €/año

Fluorescente 83 0,90 24 5,3 11,26 9,44 20,70

Halogenuros 87 0,63 20 4,5 15,20 11,19 26,39

Vapor mercurio

47 0,60 20 4,5 29,53 11,16 40,69

Sodio Alta presión

94 0,84 24 5,4 10,64 9,22 19,87

LED 84 0,70 50 11,1 14,23 4,50 18,73

Inducción 60 0,70 100 22,2 19,99 2,25 22,24

Plasma 96 0,85 40 8,9 10,20 5,63 15,82

• Horas funcionamiento: 4.500 h/año • Coste de la energía: 0,1728 €/kWh • Coste de reemplazo de luminaria de 50€. • Lámpara inmediatamente después de que haya dejado de funcionar (FSL = 1) • Luminarias con un grado elevado de estanqueidad con contaminación baja (FDLU = 0,93).

0 € 5 € 10 € 15 € 20 € 25 € 30 € 35 € 40 €

Fluorescente

Halogenuros

Vapor mercurio

Sodio Alta

presión

LED

Inducción

PlasmaCOSTE €/(10klm·año)

COSTE MANTENIMIENTO €/año

56


Alumbrado Exterior

• Horas funcionamiento: 4.500 h/año • Coste de la energía: 0,1728 €/kWh • Coste de reemplazo de luminaria de 50€. • Lámpara inmediatamente después de que haya dejado de funcionar (FSL = 1) • Luminarias con un grado elevado de estanqueidad con contaminación baja (FDLU = 0,93).

Eficiencia energética de referencia

57

5. Eficiencia energética Clasificación energética de instalaciones

Alumbrado Exterior

R

I

1ICE

I

Índice eficiencia energética Índice de consumo energético

Alumbrado vial funcional Alumbrado vial ambiental y otras

instalaciones de alumbrado

Iluminancia media en servicio

proyectada Em (lux)

Eficiencia energética de referencia εR (m2×lux/W)

Iluminancia media en servicio

proyectada Em (lux)

Eficiencia energética de referencia εR (m2×lux/W)

≥ 30 32 - - 25 29 - - 20 26 ≥ 20 13

15 23 15 11

10 18 10 9

≤ 7,5 14 7,5 7

- - ≤ 5 5

58

5. Eficiencia energética Clasificación energética de instalaciones

Alumbrado Exterior

59

6. Cálculo de parámetros lumínicos

Alumbrado Exterior

Coeficiente de luminancia

Diagrama polar

Posición observador

Posición luminaria

Punto de observación

Relación entre los

valores de iluminancia y

luminancia de una

superficie

Intensidad luminosa I en

cd para distintos

ángulos fotométricos y

de azimut.

Cálculo de luminancia

Cálculo de iluminancia


Punto de observación


Posición luminaria

Cálculo deslumbramiento

60


Alumbrado Exterior

• β es el ángulo entre los planos de observación y de incidencia

• γ ángulo fotométrico • C es el ángulo de azimut del diagrama fotométrico • α (≈1º) es el ángulo de observación con respecto a

la horizontal. Altura del observador entre 1 m (automóviles) y 3 m (camiones) y a una distancia del objeto a visualizar de 60 m, lo que implica que los valores de α varían entre 0,35º y 2,86º.

• h es la altura de la luminaria con respecto al suelo

Posiciones relativas

I(C,γ): Diagrama polar o fotométrico Eh(C,γ): Iluminancia horizontal en un punto

61


Alumbrado Exterior

Cálculo de iluminancia E

n

3 2

i i i i

i 1

E I C , cos h

Retícula de puntos para el cálculo de la iluminancia

D < 3 m d < 1 m

d=a c/n

a c

dd/2

d/2

S

D/2 D=S/N D D D D/2

Punto de medidaLuminaria

62


Alumbrado Exterior

Cálculo de iluminancia E

Parámetros a calcular • Iluminancia media (Em) en la superficie de la calzada • Uniformidad media (Um), relación entre la iluminancia mínima y la media en la superficie

de la calzada • Uniformidad global (U0), relación entre la iluminancia mínima y máxima de la superficie

de la calzada

1 2 3 4 5 6 7 8 9

m

E 2E E 2E 4E 2E E 2E EE

16

a c/2

a c

S

S/2


P1 P4 P7

P3 P6 P9

P2 P5 P8

1 2 3 4 5

B

C

D Límite zona

asociada a cada

punto de medida

Método de los nueve puntos

63


Alumbrado Exterior

2

I C, r ,L C, ,

h

Luminancia

12h 8h 4h 0 4h

punto de cálculo

3h

observador

Límite del vial

Luminaria

Luminaria NO considerada

en el cálculo de luminancia

Luminaria considerada en el

cálculo de luminancia

Área de aplicación del cálculo

Coeficiente reducido de luminancia


Valores tabulados de la relación entre luminancia e iluminancia para distintos tipos de asfalto. 3r , q , cos

Coeficiente de luminancia del pavimento

64


Alumbrado Exterior


Clasificación de pavimentos

0

0

0

1Q q , d

Coeficiente de luminancia media

Tipo de pavimento

Q0 Descripción

breve Descripción detallada

Tipo de reflectancia

R1 0,10 Pavimento de hormigón

Superficie de hormigón brillante, superficie de asfalto difuso con un mínimo de 15% de agregados brillantes artificiales

Casi difuso

R2 0,07 Asfalto difusor

Pavimento asfáltico con mínimo de 60% de grava de tamaño máximo menor de 10 mm. Pavimento asfáltico con superficie de rodadura con 10 – 15% de agregado artificialmente aclarado con mezcla (usado en EEUU).

Difuso especular

R3 0,07 Asfalto clásico Pavimento asfáltico con textura típica después de meses de uso (típica autopista)

Ligeramente especular

R4 0,08 Asfalto especular

Pavimento asfáltico con textura muy suave Muy especular

típ: Q0 = 1/15 ≈ 0,07

reflexión

difusa

reflexión

especularretrorreflexión

reflexión

mixta

65


Alumbrado Exterior

Coeficiente de luminancia Coeficiente reducido de luminancia r

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0º 15º 30º 45º 60º 75º 90º

co

efi

cie

nte

de l

um

ina

ncia

q (

10

4)

ángulo γ

0º2º5º10º15º20º25º30º35º40º45º60º75º90º105º120º135º150º165º180º

Valores tabulados de r para distintos

tipos de asfalto según Q0

La luminancia media Lm será

mayor tanto mayor cuanto mayor sea el

valor de Q0 para una iluminancia media dada Em

Lm <> Q0 Em Q0 = 0,07

66


Alumbrado Exterior


Parámetro de especularidad S1

1

r 0, 2S

r 0, 0

Clasificación de pavimentos

Sistema Clase Límites S1 Q0

R R1 S1<0,42 0,10

R2 0,42<S1 <0,85 0,07

R3 0,85≤S1 <0,35 0,07

R4 0,35<S1 0,08

N N1 S1<0,28 0,10

N2 0,28≤S1 <0,60 0,07

N3 0,60≤S 1 < 1,30 0,07

N4 1,30≤S1 0,08

C C1 S1≤0,40 0,10

C2 S 1 >0,40 0,07

67


Alumbrado Exterior

Cálculo de luminancia L

n

2

i i i i i

i 1

L I C , r , h

Parámetros a calcular:

• Luminancia en punto de una superficie (L) • Luminancia media en una superficie (Lm en cd/m2) • Uniformidad global de luminancias (U0), relación entre la luminancia mínima

y la media de la superficie de la calzada. • Uniformidad longitudinal de luminancias (Ul): Relación entre la luminancia

mínima y la máxima en el mismo eje longitudinal de los carriles de circulación de la calzada, adoptando el valor menor de todos ellos.

68


Alumbrado Exterior


n

2

i i i i i

i 1

L I C , r , h

d=ac/n

ac

dd/2

d/2

S

D/2 D=S/N D D D D/2


Dirección de observación

Retícula de puntos para el cálculo de la luminancia

D < 5 m d < 1,5 m

69


Alumbrado Exterior


n

2

i i i i i

i 1

L I C , r , h

Posición del observador (1,5 m altura): (1) para medida o cálculo de iluminancia media o uniformidad global

(2) para uniformidad longitudinal

a c

a c/4

a c/2

60 m

< 180 m

(1)

(2)

70


Alumbrado Exterior

Deslumbramiento

El deslumbramiento es una molestia en la visión o una reducción en la capacidad de distinguir objetos originada por una inadecuada distribución de las luminancias o contrastes excesivos de iluminación, ya sea en el espacio (p.e. fuertes variaciones de iluminación entre zonas adyacentes) o el tiempo (p.e. deslumbramiento por los faros de un vehículo)

En conducción una de los causas de deslumbramiento es el cruce con un vehículo con la luces de carretera o largas > Cambio a cruce 500 m antes del cruce

Luz de

carretera

Luz de

cruce

Deslumbramiento perturbador (o fisiológico), reduce el contraste sobre los objetos observados Deslumbramiento molesto (o sicológico), molesto a la vista, pero no dificulta la percepción de los objetos

En alumbrado exterior el deslumbramiento considerado es el perturbador.

71


Alumbrado Exterior

Deslumbramiento

θ

ángulo θ

des

lum

bra

mie

nto

n2

v vi i

i 1

L K E

2

i i i i

vi 2

I C , sen cosE

h

Luminancia de velo

• n es el número de luminarias consideradas • Evi es la iluminancia vertical producida

sobre la pupila por la luminaria i-ésima

• θi en grados es el ángulo entre el centro de la luminaria deslumbrante y la línea de visión

• K (típ. 10) depende de la edad del conductor (A en años)

4

K 9,86 1 A 66,4

72


Alumbrado Exterior

Deslumbramiento

n2

v vi i

i 1

L K E

Luminancia de velo

ac

1,5m

hac/4

20º

calzada

D = (h-1,5)/tan 20º

• Observador situado a 1,5 m sobre el suelo. • Primera luminaria a considerar es la situada

en el plano de visión limitado por el techo del automóvil, lo cual supone una elevación de unos 20º.

• Última luminaria considerada es aquella que esté a 500 m del observador o cuya contribución a la luminancia de velo total sea inferior al 2%.

• Transversalmente, el observador se sitúa separado del límite de la calza a ¼ del ancho de la misma hacia el centro.

73


Alumbrado Exterior

Deslumbramiento

n2

v vi i

i 1

L K E

Luminancia de velo

La medición de la perdida de visibilidad producida por el deslumbramiento perturbador, ocasionado por las luminarias de la instalación de alumbrado, se efectúa mediante el incremento de umbral (TI). • Se realizan varias mediciones, con el observador posicionado en la línea central de cada

carril. • El valor de TI que se utilización es el valor máximo de los obtenidos con el procedimiento

descrito.

v

m0,8

m

LTI 65 0,05 L 5

L

74


Alumbrado Exterior

Relación de entorno

m,1 m,4

m,2 m,3

E ESR

E E

AS

R S

calzada

z. interior calzada

z. exterior calzadaLuminaria1

2

3

4

75


Alumbrado Exterior

Flicker o parpadeo La sensación de parpadeo o efecto Flicker es la impresión molesta e incómoda producida por variaciones periódicas de la luminancia en el campo de visión. • Número de cambios de la luminancia por segundo (frecuencia de parpadeo o Flicker). • Duración total del efecto Flicker. • Velocidad de cambio de claro a oscuro, en un solo ciclo. • Relación de pico-luz a valle-oscuridad, dentro de cada periodo (profundidad de

modulación de luminancia).

• Velocidad de circulación de 60 km/h (16,6 m/s) • Separación de luminarias de 4 m • Frecuencia de flicker que resulta es de 4,15 Hz.

Deben evitarse frecuencias entre 2,5 Hz y 15 Hz a la velocidad de circulación durante más de 20 segundos.

Flicker por propia luminaria (fluorescente con balasto electromagnético) > Efecto estroboscópico

Flicker de especial relevancia en el diseñó de túneles

76

7. Niveles de iluminación

Alumbrado Exterior

• El tipo de vía (autopista, autovía, vía rápida o carretera convencional), su situación y trazado.

• Los puntos singulares, tales como intersecciones, enlaces y tramos especiales. • La intensidad y composición del tráfico (automóviles, bicicletas,…).

Clasificación de Vías

Situaciones de proyecto

Clase de alumbrado

A: Alta velocidad B: Moderada velocidad C: Carril bici D: Baja velocidad E: Peatonal

A1,A2,A3: Autopistas, carreteras interurbanas y urbanas B1,B2: Carreteras secundarias o rurales C1: Carril bici D1-D2: Aparcamientos D3-D4: Zonas residenciales E1, E2: Peatonales

ME1 ME2 ME3 (a,b,c) ME4 (a,b) ME5, ME6

MEW1,MEW2,MEW3, MEW4, MEW5

S1, S2, S3, S4

CE0, CE1, CE1A, CE2, CE3, CE4, CE5

Nivel de exigencia

Pavimentos húmedos Tipo: A, B

IMD: Intensidad media diaria (veh/día)

77


Alumbrado Exterior

• Las clases ME están destinadas a conductores de vehículos motorizados de uso en carreteras, y en algunos países también en vías residenciales, que permiten velocidades de circulación elevadas.

• Las clases CE están destinadas también a conductores de vehículos motorizados, pero de uso en áreas conflictivas tales como calles comerciales, intersecciones de vías públicas de alguna complejidad, glorietas y áreas de espera. Estas clases tienen aplicaciones también para peatones y ciclistas.

• Las clases S están destinadas a peatones y ciclistas de uso en aceras y pistas de bicicletas, carriles de emergencia y otras áreas de vías públicas que se encuentran separadamente o a lo largo de la calzada de un vía de tráfico, calles residenciales, calles peatonales, áreas de aparcamiento, zonas escolares, etc.

• Las clases ME están basadas en la luminancia de la superficie de la calzada, mientras que las clases CE y S están basadas en la iluminación del área.

78


Alumbrado Exterior

Tipos de vías

Clasificación Tipo de vía Velocidad del tráfico rodado (km/h)

A De alta velocidad v > 60

B De moderada velocidad 30 < v ≤ 60

C Carriles bici -

D De baja velocidad 5 < v ≤ 30

E Vías peatonales v ≤ 5

Tipo de vía IMD mínima para iluminar (Vel/hora)

Carreteras convencionales 12.000 Autovías y autopistas 22.000 Intersecciones 4.000 Enlaces 7.000

IMD: Intensidad media diaria (veh/día)

Autovía Rande: 59.737

Puente internacional Tuy: 16.695

79


Alumbrado Exterior

Clases de alumbrado Situaciones de

proyecto Tipos de vías

Clase de

Alumbrado

A1

Carreteras de calzadas separadas con cruces a distinto nivel y accesos

controlados (autopistas y autovías).

Intensidad de tráfico:

Alta (IMD) ≥ 25.000 ME1

Media (IMD) ≥ 15.000 y < 25.000 ME2

Baja (IMD) < 15.000 ME3a

Carreteras de calzada única con doble sentido de circulación y accesos

limitados (vías rápidas).

Intensidad de tráfico

Alta (IMD) > 15.000 ME1

Media y baja (IMD) < 15.000 ME2

A2

Carreteras interurbanas sin separación de aceras o carriles bici.

Carreteras locales en zonas rurales sin vía de servicio.


IMD ≥ 7.000 ME1/ME2

IMD < 7.000 ME3a/ME4a

A3

Vías colectoras y rondas de circunvalación.

Carreteras interurbanas con accesos no restringidos.

Vías urbanas de tráfico importante, rápidas radiales y de distribución

urbana a distritos.

Vías principales de la ciudad y travesía de poblaciones.

Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera.

IMD ≥ 25.000 ME1

IMD ≥ 15.000 y < 25.000 ME2

IMD ≥ 7.000 y < 15.000 ME3b

IMD < 7.000 ME4a/ME4b

80


Alumbrado Exterior

Situaciones de

proyecto Tipos de vías Clase de Alumbrado

B1

Vías urbanas secundarias de conexión a urbanas de tráfico

importante.

Vías distribuidoras locales y accesos a zonas residenciales y

fincas.


IMD ≥ 7.000 ME2/ME3c

IMD < 7.000 ME4b/ME5/ME6

B2

Carreteras locales en áreas rurales.

Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera.

IMD ≥ 7.000 ME2/ME3b

IMD < 7.000 ME4b/ME5

Clases de alumbrado

81


Alumbrado Exterior

Situaciones de


Clase de

Alumbrado

C1

Carriles bici independientes a lo largo de la calzada, entre

ciudades en área abierta y de unión en zonas urbanas.

Flujo de tráfico de ciclistas

Alto S1/S2

Normal S3/S4

D1-D2

Áreas de aparcamiento en autopistas y autovías.

Aparcamientos en general.

Estaciones de autobuses.

Flujo de tráfico de peatones

Alto CE1A/CE2

Normal CE3/CE4

D3-D4

Calles residenciales suburbanas con aceras para peatones a lo

largo de la calzada.

Zonas de velocidad muy limitada.

Flujo de tráfico de peatones y ciclistas

Alto CE2/S1/S2

Normal S3/S4

Clases de alumbrado

82


Alumbrado Exterior

Situaciones de


Clase de

Alumbrado

E1

Espacios peatonales de conexión, calles peatonales, y aceras a lo largo

de la calzada.

Paradas de autobús con zonas de espera.

Áreas comerciales peatonales.


Alto CE1A/CE2/S1

Normal S2/S3/S4

E2

Zonas comerciales con acceso restringido y uso prioritario de peatones.


Alto CE1A/CE2/S1

Normal S2/S3/S4

Clases de alumbrado

83


Alumbrado Exterior

Clasificación de Vías

Situaciones de proyecto

Clase de alumbrado

ME1 ME2 ME3 (a,b,c) ME4 (a,b) ME5, ME6

MEW1,MEW2,MEW3, MEW4, MEW5

S1, S2, S3, S4

CE0, CE1, CE1A, CE2, CE3, CE4, CE5

Luminancia media Lm

Uniformidad Global U0

Uniformidad Longitudinal Ul

Incremento de umbral TI Relación de entorno SR

Iluminancia media Em

Iluminancia mínima Emin

Iluminancia media Em

Uniformidad media Um

Luminancia media Lm

Uniformidad Global U0 (seca, húmeda)

Uniformidad Longitudinal Ul

Incremento de umbral TI Relación de entorno SR

Niveles de referencia Lm, Em No debe superarse en un 20% Valores mínimos U0, Ul, Um

Valores recomendados Emin, TI, SR TI: Valor máximo inicial Factor depreciación < 0,8 Con fluorescentes y VSBP se admite TI+5%

• Superficie mojada más de

120 días/año

• La exigencia de

uniformidad se relaja con respecto a las ME

84


Alumbrado Exterior

Niveles de iluminación en viales

Clase de

Alumbrado

Luminancia de la superficie de la calzada en

condiciones secas

Deslumbramiento

Perturbador

Iluminación de

alrededores

Luminancia

Media Lm

(cd/m2)

Uniformidad

Global Uo

[mínima]

Uniformidad

Longitudinal U

[mínima]

Incremento

Umbral TI (%)

[máximo]

Relación

Entorno SR

[mínima]

ME1 2,00 0,40 0,70 10

0,50

ME2 1,50 0,40 0,70 10

ME3a 1,00 0,40 0,70 15

ME3b 1,00 0,40 0,60 15

ME3c 1,00 0,40 0,50 15

ME4a 0,75 0,40 0,60 15

ME4b 0,75 0,40 0,50 15

ME5 0,50 0,35 0,40 15

ME6 0,30 0,35 0,40 15 Sin requisitos

Clase de

alumbrado

Luminancia de la superficie de la calzada en condiciones

secas y húmedas Deslumbramiento

perturbador

Iluminación

de

alrededores Calzada seca Calzada

húmeda

Luminancia

Media Lm

(cd/m2)

Uniformidad

Global Uo

[mínima]

Uniformidad

Longitudinal

U [mínima]

Uniformidad

Global Uo

[mínima]

Incremento

Umbral TI (%)

[máximo]

Relación

Entorno SR

[mínima]

MEW1 2,00 0,40 0,60

0,15

10

0,50

MEW2 1,50 0,40 0,60 10

MEW3 1,00 0,40 0,60 15

MEW4 0,75 0,40 Sin requisitos 15

MEW5 0,50 0,35 Sin requisitos 15

85


Alumbrado Exterior


En vías de tráfico rodado de alta y moderada velocidad correspondientes a situaciones de proyecto A y B, se definen para calzadas secas las siguientes clases de alumbrado o niveles de iluminación de la serie ME: ME1, ME2, ME3 (a, b, c), ME4 (a, b), ME5 y ME6, establecidas en orden de mayor a menor exigencia en los niveles luminosos.

86


Alumbrado Exterior


Clase de

Alumbrado

Iluminancia horizontal

Iluminancia Media Em (lux)

[mínima mantenida]

Uniformidad media Um

[mínima]

CE0 50

0,40

CE1 30

CE1A 25

CE2 20

CE3 15

CE4 10

CE5 7,5

Clase de

Alumbrado

Iluminancia horizontal en el área de la calzada

Iluminancia Media Em (lux) Iluminancia mínima Emin (lux)

S1 15 5

S2 10 3

S3 7,5 1,5

S4 5 1

87


Alumbrado Exterior


Marca Philips

Modelo AluRoad

Referencia SRP221 CDO-TT70W K ST 34/42

Familia luminaria SRP221

Grado de protección IP65

Lámpara MASTER City White CDO-TT 70W/828

Tecnología Halogenuros metálicos cerámicos

IRC 83

Temp. color 2800 K

Flujo luminoso 6300 lm

Potencia 70W

88


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO

Altura báculo 8,5 m

Luminarias por mástil 1

Distancia entre mástiles 15 m

Longitud brazo 0,5 m

Inclinación brazo 0º

Distancia mástil-calzada 0,5 m

Disposición unilateral

Datos montaje

Datos luminaria

89


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO

Ancho vial 7 m

Carriles por vial 2 m

Pavimento R3 (Q0 = 0,07)

Clase Iluminación ME4a

Clase de Alumbrado

Luminancia de la superficie de la calzada en condiciones secas Deslumbramiento

Perturbador Iluminación de

alrededores

Luminancia Media Lm (cd/m2)

Uniformidad Global Uo [mínima]

Uniformidad Longitudinal U

[mínima]

Incremento Umbral TI (%)

[máximo]

Relación Entorno SR [mínima]

ME4a 0,75 0,40 0,60 15 0,50

90


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO

91


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO


• Revisión anual o cada 4000 h

• Grado de contaminación: media

fm = FDFL·FSL·FDLU = 0,82·0,98·0,92 = 0,74

IP 6X Cont. Media

1 año

HM 4000 h

HM 4000 h

92


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO

90º 105º 120º 135º 150º 165º 180º 195º 210º 225º 240º 255º 270º

0º 164 164 164 164 164 164 164 164 164 164 164 164 164

5º 213 207 199 187 179 173 167 163 160 160 159 159 158

10º 261 250 233 209 194 181 170 163 156 155 155 154 152

15º 331 335 341 302 239 197 176 163 156 153 151 149 146

20º 400 421 450 396 284 213 181 163 155 151 147 144 141

25º 300 333 361 379 327 235 184 161 145 136 130 127 124

30º 200 245 272 362 370 257 187 159 135 121 113 109 107

35º 202 206 230 281 349 267 174 146 127 109 104 102 101

40º 168 177 190 213 304 284 159 124 113 109 97 93 95

45º 132 143 150 160 257 377 157 126 109 100 92 89 88

50º 94 109 118 125 207 540 172 121 116 92 89 78 80

55º 80 85 105 111 180 613 188 135 109 100 81 72 71

60º 76 81 96 103 164 530 194 123 118 96 62 43 40

65º 63 78 92 103 154 435 213 137 110 88 38 33 30

70º 57 78 92 103 152 358 155 65 51 38 29 29 26

75º 48 64 85 57 63 190 102 48 32 22 19 18 15

80º 17 25 26 26 33 58 41 23 17 11 8,01 7,01 2,8

85º 8,11 12 13 12 14 18 16 10 8,01 5,81 3,91 3 1

90º 4,31 6,31 6,01 6,51 8,61 11 8,01 5,51 4,41 3,8 2,6 1,7 0,7

Elevación

γ

Azimut C

Datos fotométricos (cd/1000 lm)

93


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO

Retícula de puntos de cálculo

0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

94


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Cálculo de la iluminancia de un punto

0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

Posición punto cálculo: • 5,25 m long. • 4,08 m transv. Azimut C = 142º Elevación γ = 38º Del diagrama polar: I(C,γ) = 1313 cd Iluminancia E = 8,89 lux 3 2E I C, cos h

95


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO

• Emin = 6.42 lux • Emax = 34.56 lux • Em = 18.20 lux • Um = 0.35 • Ug = 0.19

Cálculo de la iluminancia suponiendo una línea de luminarias separadas cada 15 m

8

8

11

11

1111

11

15

15

15

15

15 15

15

19

1919

19

1919 19

19

23

23

23

23

23

23

26

26

26

26

26

26

30

30

30

30

34

34

distancia entre luminarias S en m

ancho d

e la c

arr

ete

ra a

c e

n m

0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

n

3 2

i i i i

i 1

E I C , cos h

96


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Cálculo de la luminancia de un punto

0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

Posición punto cálculo: • 5,25 m long. • 4,08 m transv. Azimut C = 142º Elevación γ = 38º Del diagrama polar: I(C,γ) = 1313 cd Ángulo β = 143º Ángulo α = 1,3º Coeficiente reducido de luminancia r(β, γ)=0,0198 Luminancia del punto L = 0,3593 cd/m2

2

I C, r ,L C, ,

h

97


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Coeficiente reducido de luminancia

0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

0,0 0,0 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390

0,3 14,0 411 411 411 411 411 411 411 411 411 411 379 368 357 357 346 346 346 335 335 335

0,5 26,6 411 411 411 411 403 403 384 379 370 346 325 303 281 281 271 271 271 260 260 260

0,8 36,9 379 379 379 368 357 346 325 303 281 260 238 216 206 206 206 206 208 206 206 206

1,0 45,0 335 335 335 325 292 291 260 238 216 195 173 152 152 152 152 152 141 141 141 141

1,2 51,3 303 303 292 271 238 206 184 152 130 119 108 100 103 106 108 108 114 114 119 119

1,5 56,3 271 271 260 227 179 152 141 119 108 93 80 76 76 80 84 87 89 91 93 95

1,8 60,3 249 238 227 195 152 124 106 91 78 67 61 52 54 58 63 67 69 71 73 74

2,0 63,4 227 216 195 152 117 95 80 67 61 52 45 40 41 45 49 52 54 56 57 58

2,5 68,2 195 190 146 110 74 58 48 40 35 30 27 24 26 28 30 33 35 38 40 41

3,0 71,6 160 155 115 67 43 33 26 21 18 17 16 16 17 17 18 21 22 24 26 27

3,5 74,1 146 131 87 41 25 18 15 13 12 11 11 11 11 11 12 14 15 17 18 21

4,0 76,0 132 113 67 27 15 12 10 9,4 8,7 8,2 7,9 7,6 7,9 8,7 9,6 11 12 13 15 17

4,5 77,5 118 95 50 20 12 8,9 7,4 6,6 6,3 6,1 5,7 5,6 5,8 6,3 7,1 8,4 10 12 13 14

5,0 78,7 106 81 38 14 8,2 6,3 5,4 5 4,8 4,7 4,5 4,4 4,8 5,2 6,2 7,4 8,5 9,5 10 11

5,5 79,7 96 69 29 11 6,3 5,1 4,4 4,1 3,9 3,8

6,0 80,5 87 58 22 8 5 3,9 3,5 3,4 3,2

6,5 81,3 78 50 17 6,1 3,8 3,1 2,8 2,7

7,0 81,9 71 43 14 4,9 3,1 2,5 2,3 2,2

7,5 82,4 67 38 12 4,1 2,6 2,1 1,9

8,0 82,9 63 33 10 3,4 2,2 1,8 1,7

8,5 83,3 58 28 8,7 2,9 1,9 1,6 1,5

9,0 83,7 55 25 7,4 2,5 1,7 1,4

9,5 84,0 52 23 6,5 2,2 1,5 1,3

10,0 84,3 49 21 5,6 1,9 1,4 1,2

10,5 84,6 47 18 5 1,7 1,3 1,2

11,0 84,8 44 16 4,4 1,6 1,2 1,1

11,5 85,0 42 14 4 1,5 1,1

12,0 85,2 41 13 3,6 1,4 1,1

tan γ γβ

98


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Cálculo de la luminancia

Lmin = 0.43 cd/m2

Lmax = 1.92 cd/m2

Lm = 1.15 cd/m2 (Cumple)

U0 = 0.37 (NO CUMPLE; > 0,4)

64

6464

64

85

85

85 85

85

106

106 106

106

106 106 106

127

127 127

127

127 127 127 127

149

149

149

149

149

149

170

170

170

170

17

0

170

distancia entre luminarias S en m

ancho d

e la c

arr

ete

ra a

c e

n m

Luminancia en cd/m2 x 100

0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

n

2

i i i i i

i 1

L I C , r , h

99


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Optimización

0.7

0.7

0.8

0.8

0.8

0.9

0.9

0.9

1

1

1

1

1.1

1.1

1.1

1.1

1.2

1.2

1.2

1.3

1.3

1.3

1.4

1.4

1.5

1.5

1.6

altura de luminarias en m

separa

ció

n e

ntr

e lum

inarias e

n m

Luminancia media en lux

7 8 9 10 11 12 13 14 1510

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

0.35

0.3

50.4

0.4

0.40.

4

0.4

5

0.4

5

0.4

5

0.5

0.5

0.5

0.5

5

0.5

5

0.5

5

0.6

0.6

0.6

0.65

0.6

5

0.6

5

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

5


separa

ció

n e

ntr

e lum

inarias e

n m

uniformidad global

7 8 9 10 11 12 13 14 1510

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

100


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Cálculo deslumbramiento

Posición observador: • Longitudinal: Al lado de una luminaria • Transversal: a 1,75 m del borde de la carretera

donde están las luminarias. • Altura: 1,5m Primera luminaria considerada: a 30m

(> D = (h-15)/tan 20º = 19,13 m) Para la luminaria a 30m: • Iluminancia vertical: Ev = 0,45 lux • Ángulo de elevación: θ = 13,13º • Luminancia de velo Lv = 0,0263 Luminancia de velo total: Lv = 0,1 Umbral de contraste TI = 6,07% (CUMPLE)

n2

v vi i

i 1

L K E

ac

1,5m

hac/4

20º

calzada

D = (h-1,5)/tan 20º

2

v vL K E

v

0,8

m

LTI 65

L

101


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Cálculo deslumbramiento

2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

nº de luminaria

lum

inancia

de v

elo

por

lum

inaria c

d/m

2

Luminancia de velo provocada por cada luminaria

102


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Optimización

3

3

3

3

4

4

4

4

4

5

5

5

5

6

6

6

7

7

7

8

8

8

9

9

10

10

11

11 1

213


separa

ció

n e

ntr

e lum

inarias e

n m

factor deslumbramiento

7 8 9 10 11 12 13 14 1510

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

103


Alumbrado Exterior

EJEMPLO DE CÁLCULO Eficiencia energética

Potencia por punto de luz Nominal lámpara: 70W Máxima: 84 W

Superficie: 7x15 m2 Iluminancia media Em = 18,20 lux Eficiencia energética mínima εmin = 16.6 m2·lx/W Eficiencia energética de referencia εref = 24,92 m2·lx/W Eficiencia energética ε = S*Em/P = 22,75 m2·lx/W CUMPLE ε > εmin Índice de eficiencia energética: Iε = ε/ εref = 0,91 Índice de consumo energético ICE = 1,09 CALIFICACIÓN ENERGÉTICA: C

104

8. Señales y anuncios luminosos

Alumbrado Exterior

Señales de tráfico

Ventajas de la introducción de los LEDs • Importante reducción en consumo (suministro mediante baterías) • Los LEDs son más brillantes que las lámparas convencionales • Elevada duración, con valores habituales de más de 50.000 h o más

de 10 años. • Capacidad de reencendido instantáneo sin afectar a su vida útil. • Redundancia, un disco LED de un semáforo está compuesto por

múltiples LEDs • Resistencia a las vibraciones • Eliminación de efectos “fantasma” Inconvenientes: • Coste • Dificultad para trabajar en climas muy cálidos. En climas muy fríos,

no puedan derretir la nieve posada sobre ellos

105


Alumbrado Exterior

Señales de tráfico

TIPO Potencia

INCANDESCENTE

Potencia

LED Uso típico PLED/PINC

Disco 12" ROJO 135 W 6 W 55% 4%

Disco 12" AMARILLO 135 W 12 W 5% 9%

Disco 12" VERDE 135 W 7 W 40% 5%

Señal Peatón 70 W 6 W - 9%

106


Alumbrado Exterior

Iluminación de señales TIPOS DE LÁMPARAS • Lámpara de gas de baja presión: resultan especialmente apropiadas para alumbrado

de señales por su bajo consumo, capacidad de reencendido y la baja temperatura alcanzada en su bulbo

• Fibras ópticas plásticas: emiten luz a lo largo de su recorrido dando una apariencia de uniformidad similar a la de las lámparas de neón. Fuente de luz: lámpara halógena

• Lámparas de LED se están empezando a utilizar de forma masiva en señalización, para señalización hay que incluir la versatilidad en el diseño.

TIPOS DE SEÑALES • Señales con letras luminosas y fondo no luminosos, como puede las formadas por

tubos de neón, letras plástica con iluminación lateral o LEDs. • Señales luminosas con paneles de plástico translúcido iluminadas interiormente por

lámparas de descarga de alta intensidad (HID) y fluorescentes. • Señales con proyectores, donde la iluminación es por reflexión.

107


Alumbrado Exterior

Iluminación de señales CONTRASTE Uno de los parámetros

fundamentales en la iluminación de

señales es el contraste con el

entorno, ya que lo que se pretende

es captar la atención de viandante o

conductor.

0

5

10

15

20

25

30

180 1200 2000

nivel iluminación (lux)

Porc

en

taje

tra

nse

ún

tes%

COLOR Clara Amarillo Naranja Rojo Verde Azul

POTENCIA 10 – 11 W 10 – 11 W 15 W 25 W 25 W 40 W

Potencias lámparas incandescentes en función de su color

Utilización de lámparas sin recubrimiento para obtención de color

108


Alumbrado Exterior

Iluminación de señales Niveles de luminancia típicos de señales y anuncios luminosos

Luminancia Áreas de aplicación típicas

Desde Hasta

70 350 Iluminación de fachadas o cartelería de identificación

250 500 Cartelería de identificación en centros comerciales

450 700 Señales con poco brillo en lugares aislados o con alrededores poco iluminados

700 1000 Valor típico de señales comerciales

1000 1400 Señales a gran altura

1400 1700 Control de tráfico de emergencia donde la comunicación es crítica

Superficie (m2) Luminancia Máxima

(cd/m2)

S ≤ 0,5 1.000

0,5 < S ≤ 2 800

2 < S ≤ 10 600

S > 10 400

Niveles de luminancia máxima de señales y anuncios luminosos

109


Alumbrado Exterior

Iluminación de señales Limitaciones de luz molesta procedente de señales y anuncios luminosos

Valores máximos

Observatorios

astronómicos y

parques naturales(*)

Zonas

periurbanas y

áreas rurales

Zonas urbanas

residenciales

Centros urbanos

y áreas

comerciales

Luminancia máxima

de señales y

anuncios luminosos

(Lmáx)

50 cd/m2 400 cd/m2 800 cd/m2 1.000 cd/m2

(*) En esta zona deberán permanecer apagados señales y anuncios luminosos en el horario de reducción (media noche). Estos valores no aplican a señales de tráfico.

110


Alumbrado Exterior

Alumbrado navideño y festivo En España, el alumbrado de tipo navideño: • aprox. un 20% del total de la potencia instalada en

alumbrado público • un 4% de las horas de funcionamiento. El consumo navideño representa unos 30 GWh/año, lo que aproximadamente representa un 1% del consumo nacional en alumbrado exterior (IDAE de 2007)

111


Alumbrado Exterior

Alumbrado navideño y festivo

Potencia asignada de las lámparas incandescentes ≤ 15 W

Anchura de la calle entre las fachadas

Potencia máxima instalada por unidad de superficie W/m2

Núm. de horas al año de funcionamiento mayor de 200

horas

Núm. de horas al año de funcionamiento entre

100 y 200

Hasta 10 m 10 15

Entre 10 m y 20 m 8 12

Más de 20 m 6 9

Valores máximos de la potencia instalada en alumbrado festivo y navideño

112


Alumbrado Exterior

Alumbrado navideño y festivo

• Lámparas incandescentes convencionales, obtención de distintos colores mediante la coloración de la cubierta de vidrio.

5-10W / 230V (paralelo) • Mini lámparas, típicamente con diámetros

inferiores a los 5,5 mm y potencias inferiores a 1W. Fueron introducidas en los años 70. Tensiones reducidas (típicamente hasta 12V), conexión en serie. Para 100 unidades de mini lámparas de 2,5 V 175 mA (≈1/3 W) para su utilización a 230 V.

• Lámparas LED, es la iluminación de estado sólido. Sus principales ventajas son su bajo consumo, su duración (>4000 h), robustez, bajo calentamiento y su reducido tamaño que permite diseños complejos.

Reducción período de funcionamiento del alumbrado navideño del 15/dic al 6/ene de 19:00 a 0:00, excepto los días 24 y 31 de diciembre y 5 de enero, el ahorro potencial de energía estaría en torno al 30% (fuente: IDAE)

Alumbrado Exterior

Bloque nº 9

Curso de Gestor para la Eficiencia

Organizado por INEGA

Salón de Actos de la Confederación de Empresarios de Ourense

Praza das Damas, 1

32005 Ourense

11 de octubre de 2011 9:00-10:30 y 10:50-12:20

Camilo José Carrillo González Universidade de Vigo http://webs.uvigo.es/carrillo

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http://webs.uvigo.es/carrillo

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