Ayuntamiento de Con

AAddaappttaacciinn ddee llaa IInnffrraaeessttrruuccttuurraa ddee

IIlluummiinnaacciinn PPbblliiccaa aa TTeeccnnoollooggaa LLEEDD ddeell MMuunniicciippiioo ddee CCoonn

((MMllaaggaa))

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NDICE GENERAL CAPTULO 1. INTRODUCCIN .....................................................................................3 CAPTULO 2. OBJETIVOS ..............................................................................................4

2.1- Objetivo general 2.2- Objetivos especficos

CAPTULO 3. MARCO REFERENCIAL ........................................................................4

3.1 Conceptos bsicos 3.2 Fuentes de luz 3.3 Luminarias

3.3.1 Las luminarias segn distintos criterios de seleccin CAPTULO 4. PROCEDIMIENTOS Y METODOLOGAS PARA

EL DISEO DE ILUMINACIN..........................................................14

4.1 Anlisis del Proyecto. 4.2 Planificacin Bsica. 4.3 Diseo Detallado. 4.4 Evaluacin posterior.

CAPTULO 5. APLICACIN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE DISEO DE ILUMINACION A LOS VIALES DEL MUNICIPIO DE CON...........................................................................17

5.1 Estudio de la iluminacin existente 5.2 Propuestas de sustitucin

ANEXOS:............................................................................................................................20

A.1 Presupuestos. A.2 Amortizacin

A.3 Emisiones de CO2. A.4 Descripcin tcnica del producto.

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CAPTULO 1. INTRODUCCIN El presente proyecto consiste en la evaluacin de criterios y metodologas usadas en la ingeniera de iluminacin, y as establecer un manual para el desarrollo de un proyecto de iluminacin en el municipio de Con, optimizando la calidad, durabilidad y consumo, y la aplicacin de estas ventajas al alumbrado pblico. Cada procedimiento se puede desarrollar por medio de dos mtodos distintos, stos son llamados el mtodo prctico y el mtodo terico. El primero consiste en realizar cada procedimiento de forma emprica y predeterminada, en cambio el segundo consiste en realizar cada procedimiento de forma detallada y precisa bajo normas de diseo. Todos los procedimientos de diseo contemplados en este estudio estn en el CAPTULO 4, los cuales se estructuraron bajo cuatro procesos principales para el desarrollo de cualquier proyecto, los cuales son: 1. Anlisis del proyecto. 2. Planificacin bsica. 3. Diseo detallado. 4. Evaluacin posterior. El anlisis del proyecto consiste principalmente en definir el tipo de iluminacin y establecer los alcances, objetivos y limitaciones del proyecto a desarrollar. La planificacin bsica consiste en establecer y desarrollar las ideas bsicas del diseo sin llegar a establecer todava un aspecto especfico. En el diseo detallado se comienza a resolver los aspectos especficos del proyecto en funcin del perfil definido en el proceso de planificacin bsica, estos comprenden por ejemplo: la seleccin de la luminaria, el diseo y sistemas de montaje, el clculo de nmero de luminarias, etc. La evaluacin posterior tiene como objetivo simular y analizar los resultados del proyecto en trminos tcnicos y econmicos. La evaluacin tcnica implica el anlisis de los parmetros y criterios de calidad en la luminotecnia. Ambos mtodos, tanto el terico como el prctico, se desarrollaron de forma independiente en el momento de emplear cualquier mtodo de clculo. Entre los posibles mtodos de clculo se ha utilizado el mtodo de los luxes, mtodo en el que se determinan ciertos parmetros, de acuerdo a resultados de experiencias previas o por conocimientos tericos, los cuales deben estar dentro de algunos rangos permisibles para el confort visual del individuo.

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Finalmente, una vez obtenido los resultados de cada aplicacin, se har una comparacin y decisin definitiva del proyecto en funcin del diseo, y la seleccin de los equipos empleados. CAPTULO 2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL. Elaborar un procedimiento y metodologa que permita realizar proyectos de iluminacin de exteriores, considerando nuevos criterios de diseo y las ltimas tecnologas basndonos en iluminacin con diodos LED. 2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.

1. Elaborar un criterio de seleccin y clasificacin de los equipos a utilizar. 2. Evaluacin de metodologas y criterios en ingeniera de iluminacin segn las nuevas tendencias. 3. Evaluacin y comprobacin de los distintos criterios y condiciones de calidad segn las exigencias estipuladas, por medio de simulaciones con programas especializados de iluminacin. 4. Aplicacin de los mtodos de clculos en reas de servicio y administracin bajo las premisas antes mencionadas. CAPTULO 3. MARCO REFERENCIAL

La luz es una forma de energa al igual que las ondas de radio, los rayos X o los rayos gamma. La luz artificial tiene como objetivo proporcionar una iluminacin adecuada en aquellos lugares al aire libre o cubiertos donde se desarrollan actividades de todo tipo. Por lo tanto, es de gran importancia el buen manejo y el estudio de los conceptos fundamentales de la luminotecnia. 3.1 Conceptos bsicos. La luz. Es la energa radiante que produce una sensacin visual. Segn su capacidad y ciertas propiedades. La luz visible est ubicada en el espectro luminoso entre las radiaciones ultravioleta e infrarroja, comprendida entre los lmites de longitud de onda

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entre 380nm y 760nm. La primera corresponde al color violeta y la segunda al color rojo.

Figura 1: Clasificacin del espectro visible. Flujo Luminoso. Se define como la cantidad de energa luminosa emitida por una fuente de luz por unidad de tiempo, en todas las direcciones. Se representa por la letra griega y su unidad es el lumen (lm). Su expresin viene dada por:

(1)

donde: L = Flujo luminoso (lm). dQL/dt = Cantidad de energa luminosa radiada por unidad de tiempo.

Rendimiento luminoso (Eficacia luminosa). Indica el flujo luminoso que emite una fuente de luz por cada unidad de potencia elctrica consumida para su obtencin. Se representa por la letra griega y su unidad es el lumen/vatio (lm/W). La expresin de la eficacia luminosa viene dada por:

(lm/w) (2)

donde: = Eficacia luminosa. P = Potencia activa (W)

Intensidad luminosa. Se define como la relacin entre el flujo luminoso emitido por una fuente de luz en una direccin por unidad de ngulo slido en esa misma direccin, medido en estereorradianes (sr).Siendo ste el ngulo formado entre el centro de una esfera de radio unitario y una porcin de superficie de una unidad cuadrada de dicha esfera.

(cd) (3); (4)

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donde: I = Intensidad luminosa (cd).

L = Flujo luminoso (lm). = ngulo slido (sr). r = Radio de proyeccin (m)

Figura 2: Concepto de intensidad luminosa. Nivel de Iluminacin (Iluminancia). Los niveles de iluminacin se definen como la relacin entre el flujo luminoso y el rea de superficie a la cual incide dicho flujo. Se simboliza con la letra E y su unidad es el lux. Por lo tanto, su expresin queda as:

(5)

donde: E = Iluminancia (lux). = Flujo luminoso (lm).

S = Superficie (m2).

Iluminancia promedio (Emed). Es una medida importante que hay que considerar en el momento de realizar cualquier proyecto de iluminacin. Se define como la relacin entre la sumatoria de las iluminancias calculadas en cada punto considerado entre el nmero de dichos puntos. Por lo tanto:

(lux) (6)

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donde: Emed = Iluminacin media. Epi = Iluminancia en el punto i-simo. np = Nmero de puntos considerados.

Luminancia. La luminancia se define como la relacin entre la intensidad luminosa y la superficie proyectada verticalmente a la direccin de irradiacin. . Dicha superficie es igual al producto de la superficie real iluminada por el coseno del ngulo (_) que forma la direccin de la intensidad luminosa y su normal (ver Figura 3). Su unidad es la candela por metro cuadrado (cd/m2), y su expresin correspondiente es:

(cd/m2) (7)

donde: L = Luminancia (cd/m2) I = Intensidad luminosa (cd) S = Superficie (m2)

Figura 3: Luminancia de una superficie.

Uniformidad. La iluminancia proporcionada en una superficie determinada nunca ser totalmente uniforme. Esto se debe a que siempre habr diferencias de valores de iluminancia dentro del escenario visual iluminado. Para definir la uniformidad de los niveles de iluminacin en un rea, es necesario definir los factores que determinan las variaciones de iluminancia. Factor de uniformidad general de iluminancia. Es la relacin entre la iluminacin mnima y la iluminacin media sobre una superficie de una instalacin de alumbrado. Se simboliza por Um y su unidad est dada en por ciento (%) o por una relacin. Su expresin es:

o (8)

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Factor de uniformidad extrema. Es la relacin entre la iluminacin mnima y la iluminacin mxima sobre una superficie de una instalacin de alumbrado. Se simboliza por Ue y su unidad est dada en por ciento (%) o por una relacin. La expresin que la define es:

o (9) Coeficiente de Variacin (CV). Es un parmetro estadstico que indica, en trminos porcentuales, la relacin entre la desviacin de todos los valores de iluminancia y la iluminacin media. El valor del CV es igual a cero cuando no existen diferencias entre los valores, resultando entonces una distribucin totalmente homognea. La expresin que la define es:

o (10)

donde, = Desviacin estndar de los valores de iluminacin (lux). CV = Coeficiente de variacin.

Deslumbramiento. El deslumbramiento es la sensacin visual producida cuando existe exceso de luminancia (brillo) en el campo de visin, lo cual altera la sensibilidad del ojo, causando molestias y reduciendo la visibilidad. Los efectos de deslumbramiento se pueden dividir en dos grupos: deslumbramiento perturbador y deslumbramiento molesto (G). El primero es aquel que reduce la capacidad de visualizar objetos, pero no necesariamente causa molestias. El segundo es aquel que s causa molestias en la visualizacin, pero no necesariamente dificulta la observacin de los objetos. Para poder controlar tal efecto se presentan a continuacin los siguientes consejos: - Colocar lo ms alto posible las fuentes de luz de gran luminancia. - Las luminarias en espacios interiores deben situarse de manera que el ngulo formado entre la direccin del eje visual y la direccin del foco luminoso sea superior a 45 grados. Utilizando proyectores en espacios exteriores, ste ngulo no debe ser menor a 20 grados. - Apantallar las luminarias.

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- Reducir la dispersin del flujo luminoso. - Reducir las superficies de luminarias visibles. Temperatura de color (Tc). La temperatura de color de una fuente lumnica es medida por su apariencia cromtica y est basada en el principio segn el cual, todos los objetos cuando aumentan su temperatura, emiten luz. El color de esa luz cambia dependiendo del incremento de la temperatura, expresada en grados Kelvin (K). A continuacin se muestra como los colores de luz son clasificados:

Tabla I: Apariencia del color segn su temperatura.

Color de luz Temperatura de color (K) Apariencia del color Amarillento 1800-2500

Blanco clido 2600-3000 Clido

Blanco neutral 3100-4100 Intermedio Blanco frio 4200-6000

Blanco luz del da 6100-6500 Fro

ndice del Rendimiento del Color (IRC). Es el ndice que indica el nivel o el grado de precisin en que un objeto iluminado pueda reproducir su propio color real bajo la influencia de una fuente de luz. Cuando la luz incide sobre un cuerpo y ste genera un color prcticamente igual o idntico al propio, entonces su IRC tendr un valor cercano o igual a 100. Para la clasificacin de distintas fuentes de luz, se ha instituido a la lmpara incandescente como patrn, ya que dicha fuente representa un IRC de 100 (muy bueno).

Grado IRC IRC Apariencia 1 IRC85 Muy bueno 2 75IRC85 Bueno 3 40IRC75 Medio 4 IRC40 Nulo (monocromtico)

Tabla II: Clasificacin del IRC segn su grado y apariencia. [9]

3.2 Fuentes de luz Las primeras fuentes luminosas empleadas por el hombre estuvieron basadas en alguna forma de combustin, ya sea el fuego, las velas o las antorchas. Hoy en da existen muchas formas y variedades de generar luz para las distintas aplicaciones necesarias en la industria.

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Todas las fuentes de luz artificial implican la conversin de alguna forma de energa en radiacin electromagntica, basndose principalmente en la excitacin de tomos y luego la emisin de fotones. Artificialmente existen varias formas de producir radiacin luminosa y estn divididas por los procesos de incandescencia y la luminiscencia. Esta ltima, a su vez se divide principalmente en descarga en gases, fotoluminiscencia y electroluminiscencia. En la industria, los procesos de incandescencia y por descarga en gases son los ms comunes y los ms usados. Las lmparas pueden ser de muchas clases, cada una de ellas con sus particularidades y caractersticas especficas. Como se dijo anteriormente, existen dos clasificaciones que describen el tipo de lmpara. En la siguiente figura se puede observar dicha clasificacin:

Figura 4: Clasificacin general de las fuentes luminosas. Lmparas incandescentes. El principal funcionamiento y caracterstica de cualquier lmpara de incandescencia es un resorte de alambre fino, llamado filamento. Cuando la corriente elctrica pasa a travs de l, este filamento se torna de color blanco y emite luz visible. Casi todos los filamentos estn hechos de tungsteno debido a su alto punto de fusin. Cuanto ms bucles de hilo de tungsteno y mas juntos estn estos, ms calor se concentra y ms luz emite el filamento. Pero gran parte de la energa elctrica (95%) se pierde en forma de calor y por ello su eficacia luminosa es pequea. Dentro de las ventajas estn: costo inicial ms bajo (instalacin), puede ser controlada para dar cualquier nivel de luz y no utiliza accesorios para su encendido.

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Lmparas incandescentes halgenas. Funcionan bajo el mismo principio de la lmpara incandescente, pero en este caso la cpsula (ampolla) posee un componente halgeno agregado al gas (yodo o bromo), que trabaja como elemento regenerativo. Esta bombilla alcanza altas temperaturas y puede venir con casquillo de rosca (con o sin reflector) o casquillo bi-pin (lineal o con reflector). Entre sus ventajas con respecto a las lmparas incandescentes estn: mayor durabilidad, mayor eficiencia luminosa y tamaos ms compactos. Lmparas fluorescentes. Las lmparas fluorescentes son consideradas como lmparas de descarga. La corriente pasa a travs de un vapor de mercurio a baja presin, de esta manera estas lmparas son tambin llamadas lmparas de descarga de mercurio a baja presin. En el momento en que la lmpara se enciende, los electrones bombardean los tomos de mercurio provocando que el gas emita los rayos ultravioleta (UV). Cuando estos rayos golpean una capa de fsforo se produce una luz visible. Para el encendido de estas lmparas, es necesario el uso de equipos auxiliares como es el balasto. Entre sus caractersticas, se destacan: una vida til elevada, tienen poca prdida de energa en forma de calor y bajo consumo de energa. Lmparas fluorescentes compactas (CFL). Estas lmparas renen las cualidades de los tubos fluorescentes en las dimensiones de una lmpara incandescente. Poseen adems buenas caractersticas de reproduccin de color y un rango considerable de vida til. Consumen un 80 por ciento menos de energa que una lmpara incandescente para alcanzar el mismo nivel de iluminacin. Su potencia es limitada, debido al pequeo volumen del tubo de descarga. Pueden venir con o sin balasto incorporado, segn el tipo de casquillo de conexin. Lmparas de vapor de mercurio a alta presin. Estas son consideradas lmparas de descarga de alta intensidad (HID). La descarga se produce en un tubo de descarga que contiene una pequea cantidad de mercurio y un relleno de gas inerte (argn) para ayudar el encendido. La superficie interior del bulbo exterior se encuentra cubierta con un polvo fluorescente que convierte la radiacin ultravioleta en radiacin visible. La luz de estas lmparas tiene un color blanco azulado. Su promedio de vida til alcanza las 24000 horas, lo cual llega ser el doble que las lmparas antes mencionadas. Sin embargo, tienen un rendimiento luminoso menor que las lmparas fluorescentes. No obstante, para su funcionamiento es imprescindible el uso de un balasto y un condensador para mejorar su factor de potencia. Lmparas de halogenuros metlicos (Metal Halide). Son lmparas que contienen un tubo de descarga relleno de mercurio a alta presin y compuesto por una mezcla de halogenuros metlicos tales como el ioduro de escandio, ioduro de sodio y otros. stos permiten obtener rendimientos luminosos ms elevados y mejores propiedades de reproduccin cromtica que las mismas lmparas de mercurio. Entre sus caractersticas tenemos: alta eficiencia (seis veces ms que las lmparas incandescentes y dos veces ms que las de vapor de mercurio), excepcional rendimiento de color y buen

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mantenimiento de lmenes. Pero el rango de vida til de esta lmpara es ms corto que las de vapor de mercurio y tambin requieren equipos auxiliares tales como balastos, arrancadores y condensadores. Lmparas de vapor de sodio de baja presin. Existe una gran similitud entre el trabajo de una lmpara de sodio de baja presin y una lmpara de mercurio e incluso una fluorescente. La radiacin visible de la lmpara de sodio es casi monocromtica y se produce por la descarga a travs del sodio a baja presin. Posee una mala reproduccin cromtica (la luz es de color amarillo), por lo que ser la menos valorada de todos los tipos de lmpara. Sin embargo, es la lmpara de mayor eficiencia luminosa y larga vida. Son comnmente usadas en aquellos lugares donde el factor de color no tiene mucha importancia, como son las calles, autopistas, tneles, playas, etc. Lmparas de vapor de sodio de alta presin. La diferencia de presiones del sodio en el tubo de descarga es la principal diferencia con la lmpara antes mencionada. No solo hay exceso de sodio en el tubo de descarga, sino tambin mercurio y xenn. Esto hace que tanto la temperatura de color como la reproduccin del mismo mejoren significativamente con la de baja presin. Adems, facilita el encendido, y se caracterizan por mantener una eficacia elevada y una larga vida til. Son ampliamente usados en alumbrado de exteriores por su capacidad de acentuar los elementos iluminados. Lmparas de luz mezcla. Es una combinacin entre una lmpara de mercurio y una incandescente, ya que posee un filamento para estabilizar la corriente. Por lo tanto no requiere el uso de un balasto. Dicho filamento est conectado en serie con el tubo de descarga, y la luz producida es una combinacin entre la descarga del mercurio y la del filamento. Tambin posee una buena reproduccin cromtica. Lmparas de LED. Las lmparas de LED estn formadas por cadenas de diodos LED, ya sea en serie o en paralelo. Los diodos LED se iluminan cuando fluye la corriente a travs de ellos haciendo cambiar de capa elctrica a los electrones de sus semiconductores, stos estn dopados con materiales que los hacen ser tipo P o N y que al fluir la corriente y cambiar los electrones de capa hacen que se ilumine. En funcin de los materiales con que se dopen los semiconductores, los fotones emitidos producirn luz de un color u otro. La eficiencia de las lmparas LED, con la tecnologa actual, llega a los 140 lm/W, que es el doble de las que se puede obtener con la mejor del resto de tecnologas. La nica electrnica adicional que requiere una lmpara de LED, es el transformador de corriente alterna a la corriente continua necesaria para conseguir el salto de capa de los electrones en cada diodo LED. A dems las lmparas LED permiten el control digital de la iluminacin y la reparacin de los componentes discretos (diodos LED), lo que prolonga la vida til de una misma lmpara. A continuacin, se presentan las caractersticas ms importantes de las lmparas (Tabla III):

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Lmpara Potencia (W) Temp. de

color (K)

Rendimiento (lm/W)

ndice de rend. de

color (IRC) Vida til

(h)

Tiempo de encendido

(min) Incand. estndar 15 - 300 2650 - 2800 2,8 17,6 100 200 - 8000 0 Incand.

halgena 20 - 1500 2600 - 3050 3,2 22,2 100 800 - 6000 0 Fluorescente

lineal 14 - 215 3500 - 6500 54,3 103,6 60 - 86 9000 - 24000 0 Fluorescente

compacta 9 - 42 2700 - 6500 52,0 76,2 80 - 84 3000 - 12000 0 - 1 Mercurio alta

presin 80 - 400 3900 33,6 43,8 40 - 50 12000 - 24000 < 7 Halogenuros

metlicos 100 - 2000 3700 - 5000 50,3V 102V 42,3H 88,7H 65 - 75

3000V 20000V 3000H 15000V < 4

Sodio alta presin 35 - 1000 1900 - 2000 57,9 - 126 22 16000 - 28500 < 6

Sodio baja presin 18 - 135 1800 87,2 141,8 0 16000 - 18000 < 6

Luz Mezcla 160 - 500 3940 - 5100 16,9 22,5 50 8000 < 2 LED 0.006 2000 2600 - 10000 120 80 Ilimitada 30C / 85% max lum 0

Tabla III: Caractersticas ms importantes de las lmparas.

3.3 Luminarias Segn la Comisin Internacional de Iluminacin (CIE), la definicin de luminarias son Aparatos que distribuyen, filtran o transforman la luz emitida por una o varias lmparas y que contienen todos los accesorios necesarios para fijarlas, protegerlas y conectarlas al circuito de alimentacin. [6] Resumiendo los objetivos antes mencionados, una luminaria debe proveer los siguientes requisitos bsicos para su funcionalidad:

Proteccin de las fuentes de luz. Distribuir adecuadamente la luz en el espacio. Aprovechar la mayor cantidad de flujo luminoso emitido por las fuentes de luz. Satisfacer las necesidades estticas segn el ambiente donde estn destinadas. Evitar las molestias provocadas por el brillo excesivo (deslumbramiento).

3.3.1 Las luminarias segn distintos criterios de seleccin. La seleccin de la luminaria ideal para cada tipo de proyecto es uno de los procedimientos ms importantes dentro de la luminotecnia, y adems debe realizarse en forma conjunta con la eleccin de la lmpara. En la actualidad existen diversos tipos de tamao, aplicacin y forma de luminarias, y diferentes criterios de clasificacin que un proyectista tenga en consideracin para la eleccin de stas. Las luminarias tienen

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ciertas caractersticas esenciales las cuales pueden clasificarse segn su: cualidad, grado de proteccin, aplicacin y factor de eficiencia. CAPTULO 4. PROCEDIMIENTOS Y METODOLOGAS PARA EL DISEO DE ILUMINACIN. Establecer un procedimiento sistemtico para disear un sistema de iluminacin es bastante complejo, ya que cualquier proyecto puede tener diferentes puntos de factores y criterios a considerar. Por lo tanto, es recomendable definir y esquematizar un proyecto de iluminacin bajo cuatro procedimientos principales bien diferenciados, estos son los que se indican en la siguiente figura:

Figura 5: Proceso principal de diseo de iluminacin. Como indica la Figura 5, el proceso principal est comprendido por dichos procedimientos, y se encuentra ordenado segn como debera ser la metodologa para cualquier proyecto de iluminacin. A su vez, cada procedimiento es un proceso distinto conformado por otros procesos ms. Cada uno de ellos considera los aspectos generales de diseo, de tal manera que las particularidades del proyecto dependen del procedimiento que escoja el personal encargado. Es importante notar que para las distintas aplicaciones en los proyectos de iluminacin, ya sea de interiores o exteriores, habr dos mtodos que contengan aspectos y criterios distintos para la realizacin y el cumplimiento del proceso. Estos mtodos se llamarn: mtodo prctico y mtodo terico. El mtodo prctico consiste en realizar cada procedimiento de forma emprica y predeterminada. El mtodo terico consiste en realizar cada procedimiento en forma detallada y deducida. A continuacin se presentan en forma general los aspectos y procedimientos de cada uno de los procesos (ver Figura 6).

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Figura 6: Esquematizacin de los procesos generales indicando los procedimientos correspondientes de un proyecto de iluminacin.

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4.1 Anlisis del Proyecto. Este procedimiento es el primero en considerar cuando se quiere realizar nuevos diseos. Consiste principalmente en reunir los datos necesarios que permitan determinar cules son las demandas visuales y estticas de iluminacin, y establecer los objetivos del trabajo.

1. Es importante definir primero el objetivo del proyecto, especificando qu es lo que se va a iluminar. Luego se determina el tipo de iluminacin que se va a emplear, ya sea iluminacin de interiores o exteriores. Despus se determina la aplicacin deseada para descartar y darle ms prioridad a las caractersticas fundamentales.

2. Las demandas visuales son aquellas que se determinan a partir de una

evaluacin de las necesidades de ambientacin. Por lo general se refiere a la apariencia de color del ambiente.

3. La demanda esttica se refiere a la posibilidad de poder destacar el objetivo a iluminar (apariencia de objetos).

Por lo general, la mayora de los datos necesarios para establecer un anlisis del proyecto se obtienen de la documentacin tcnica que suministra el cliente. Pero tambin depende del responsable del trabajo o del diseador, el realizar una inspeccin visual de la obra, ya que permitir completar y verificar los detalles y datos tcnicos. 4.2 Planificacin Bsica. A partir del anlisis descrito en el proceso anterior, es posible establecer un perfil detallado de las caractersticas principales que debe tener la instalacin. Lo que se busca aqu es definir las ideas bsicas y los datos esenciales del diseo sin llegar a establecer todava un aspecto especfico. Por lo tanto, slo se considera los siguientes puntos de diseo: los parmetros bsicos de la instalacin (datos de entrada), la eleccin preliminar del sistema de alumbrado y las caractersticas de las fuentes luminosas requeridas. 4.3 Diseo Detallado. En esta etapa, en funcin del perfil definido en la fase de planificacin bsica, se comienza a resolver los aspectos especficos del proyecto, estos comprenden: la

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seleccin preliminar de la luminaria, el tipo y altura de montaje, la preseleccin del equipo (lmpara-luminaria), el nmero preliminar de luminarias a emplear y las ubicaciones de los puntos de medicin. 4.4 Evaluacin posterior. La etapa de evaluacin posterior tiene como objetivo simular (por medio de algn programa especializado en luminotecnia) y luego analizar los resultados del proyecto en trminos tcnicos y fundamentalmente en trminos econmicos. La evaluacin tcnica implica el anlisis de los parmetros y criterios luminotcnicos antes descritos en todos los procesos anteriores, con el fin de evaluar las condiciones de calidad en el plano considerado. Luego del anlisis, es preciso tener en cuenta si los equipos seleccionados proporcionan el nivel de iluminacin previsto en la planificacin del proyecto y cmo vara la iluminacin en dicha rea (condiciones de uniformidad y varianza). De lo contrario, se deben hacer las correcciones necesarias para que dichos factores de calidad se cumplan. La evaluacin econmica por su parte, apunta a evaluar principalmente el factor de costos y la relacin entre el nmero de unidades necesarias para la instalacin de alumbrado y el consumo de energa de dichos equipos seleccionados. CAPTULO 5: APLICACIN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE DISEO DE ILUMINACION A LOS VIALES DEL MUNICIPIO DE COIN. Todo el planteamiento anterior se ha tenido en cuenta al estudiar el caso concreto del Municipio de Con situado en la provincia de Mlaga. El sistema de iluminacin en general que tiene el municipio, est basado en lmparas de Halogenuros Metlicos y Vapor de Mercurio. En la solucin que proponemos, planteamos la sustitucin de estas lmparas por su equivalente lumnico mediante LED as como de aquellas luminarias que planteen dificultades para su adaptacin o bien se encuentren obsoletas. 5.1.- Estudio de la iluminacin existente. Segn el P.O.E. de Con, realizado por la Diputacin de Mlaga, en el municipio hay 1291 lmparas de vapor de mercurio distribuidas en la forma siguiente: 389 luminarias asimtricas de 125 W 312 faroles de 125W TOTAL 701 bombillas de Vapor de Mercurio de 125 W.

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262 Asimtricas de 250 W 328 faroles de 250 W TOTAL 590 bombillas de Vapor de Mercurio de 250W. Estas 1291 lmparas de vapor de mercurio forman el grueso de la iluminacin vial del municipio (aprox. el 90% del total). En estas lmparas se puede conseguir un ahorro energtico mayor del 70% ,con mejor funcionalidad que actualmente, al pasar a tecnologa LED. El 10% restante se compone de 138 luminarias de Halogenuros Metlicos y 16 luminarias de Vapor de Mercurio de Alta Presin, distribuidas de la siguiente Manera:

33 faroles de Halogenuros metlicos. 16 faroles de Vapor de Mercurio de Alta Presin. 16 asimtricas de Halogenuros metlicos de 150W. 24 proyectores de Halogenuros Metlicos de 150 W. 11 proyectores de Halogenuros Metlicos de 250 W. 54 proyectores de Halogenuros Metlicos de 400 W. En estas luminarias se pueden conseguir ahorros energticos superiores al 50 %, con mejor funcionalidad que actualmente, al pasar a ser sustituidas con luminarias de tecnologa LED. 5.2.- Propuesta de sustitucin a tecnologa LED. La propuesta de cambio consiste en sustituir todas las luminarias que hay actualmente por unas luminarias nuevas perfectamente adaptadas a la tecnologa LED y dotadas de la ms moderna tecnologa digital de telemonitorizacin y de control remoto, de forma que desde el Ayuntamiento se tenga informacin casi en tiempo real del funcionamiento de cada luminaria, as como el poder programar el grado de iluminacin adecuado de cada luminaria, en cada fecha y a cada hora del da (pudindose, por ejemplo, atenuar el consumo de las luminarias al nivel adecuado en las distintas horas de la madrugada). En cuanto a las luminarias actuales se ha detectado que algunas estn en mal estado haciendo ineludible su sustitucin por luminarias nuevas. Lgicamente el poner algunas luminarias nuevas exige poner tambin nuevas las luminarias de su entorno. El hecho de proponer la sustitucin de todas las luminarias conlleva tambin las ventajas que se detallan en los prrafos siguientes. Hemos estudiado unas luminarias nuevas que pueden sustituir a las que ya existen en el municipio y que resulta ventajosa su adaptacin a la tecnologa LED. En los anexos adjuntamos la ficha tcnica de algunas de ellas sin perjuicio que se puedan seleccionar ms. Entendemos que es una buena ocasin para homogeneizar en todo el municipio las luminarias utilizadas en las calles del mismo.

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Estas nuevas luminarias se adaptan a la tecnologa LED y estn dotadas de los elementos de monitorizacin y de control remoto, de forma que el trabajo en las calles del municipio se reduce a quitar las luminarias actuales y sustituirlas por las nuevas, respetndose los bculos, los brazos y la red de energa elctrica actual que pasara a estar sobredimensionada.

Dado el considerable ahorro energtico de las nuevas luminarias se pasara de la situacin actual de rebase de la potencia contratada a estar muy por debajo de esa potencia abrindose la posibilidad de pasar a unas cotas de potencias contratadas inferiores a las actuales, incidindose as en otro aspecto de economizacin .

El sistema de telemonitorizacin y control remoto contempla la instalacin de un ordenador central en las dependencias del Ayuntamiento dotado de un software adecuado para la dimensin de la instalacin actual (contemplando la posibilidad de ampliaciones futuras) y de un MODEM GPRS con el que comunicarse con 100 estaciones de control remoto que se instalarn en los distintos circuitos de salida de los 34 Centros de Medida y Control con que cuenta el municipio.

Cada una de las 100 estaciones de control remoto cuenta con una CPU, un MODEM GPRS para comunicarse con el ordenador central y un MODEM PLC para comunicarse con cada una de las luminarias de su circuito de salida a travs de la propia red elctrica.

Finalmente cada luminaria est dotada de CPU para el control de la iluminacin de su lmpara (as como su temperatura) y de un MODEM PLC para comunicarse con la estacin de control a la que pertenece.

Con, 17 de diciembre de 2009

Fdo. Francisco J. Guerrero Postigo Fdo. Manuel Setin Hernndez Ingeniero Tcnico Municipal Tcnico Municipal de Medio Ambiente

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ANEXOS

A.1. PRESUPUESTOS: Planteamos el suministro de 1495 luminarias nuevas para sustituir a las luminarias que hay actualmente en el municipio de Con (aprovechando los bculos y brazos actuales). Se distribuyen de la siguiente forma: a).- 717 luminarias asimtricas con base en la clase I de la marca BJC Modelo ML-250 (Referencia: F-46027).

Aunque las 717 seran iguales por fuera, por su interior distinguimos dos clases: LED50W y LED100W (los consumos tpicos son 48 y 96 watios resp.): - ML-250-LED50W: 389 unidades a 320 euros: 389 x 320 = 124.480 euros. - ML-250-LED100W: 328 unidades a 420 euros: 328 x 420 = 137.760 euros. Total 717 luminarias asimtricas (Ya adaptadas a LED) ..262.240 euros.

b).- 689 faroles para ser colocados en lugar de los 689 faroles actuales, con base en la farola Romntica de BJC (Referencia F-12227).

Aunque las 689 farolas Romntica seran idnticas externamente, en su interior distinguimos dos clases: LED50W y LED100W -Romntica-LED50W: 312 unidades a 325 euros: 312 x 325 = 101.400 euros. -Romntica-LED100W: 377 unidades a 425 euros: 377 x 425 = 160.225 euros.

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Total 689 Farolas Romntica (Ya adaptadas a LED) ..261.625 euros. c).- 89 Proyectores para sustituir los 69 proyectores instalados actualmente, con base en el proyector Polaris de BJC (Referencia F-31243).

Aunque los 89 proyectores seran idnticos por fuera, por su interior distinguimos tres clases: LED50W , LED100W y LED200W -Polaris-LED50W: 24 unidades a 320 euros: 24 x 320 = 7.680 euros. -Polaris-LED100W: 11 unidades a 420 euros: 11 x 420 = 4.620 euros. -Polaris-LED150W: 54 unidades a 520 euros: 54 x 520 = 28.080 euros. Total 89 proyectores Polaris (Ya adoptados a LED) .. 40.380 euros d).- 100 estaciones de control para cada circuito de salida de los Centros de Medida: Cada unidad a 160 euros: 100 x 160 = 16.000 euros. (No van incluidas las tarjetas SIM) e).- Ordenador con MODEM GPRS y software de control y monitorizacin: 18.000 euros. (No va incluida la tarjeta SIM) Total Sistema completo (1.495 luminarias, ms sistema inform) 598.245 euros IVA (16%).... 95.719,2 euros Total Sistema Completo con IVA . 693.964,20 euros.

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A.2. ESTIMACION DEL PERIODO DE AMORTIZACION. Vamos a plantear la amortizacin como el proceso por el cual las dos ventajas principales de las lmparas con LED respecto a las lmparas de vapor de mercurio compensan el costo inicial de implantacin de las lmparas de LED. Estas dos ventajas son las siguientes: 1.- Ahorro energtico del orden del 67% produciendo mayor intensidad luminosa. 2.- Mayor duracin de vida de las luminarias con LED. Del orden de 6 veces ms. Esta ventaja supone una contrapartida en costos de 6 lmparas de vapor de mercurio frente a una lmpara de LED y los costos de personal de mantenimiento para sustituir las lmparas. Considerando que la vida media de una lmpara de vapor de mercurio hasta tener unos niveles de iluminacin inaceptables se sita en torno a 8700 horas, y que las lmparas estn encendidas en promedio 12 horas al da los 365 das del ao, lo que suma 12x365 = 4380 horas de uso al ao, se deduce que en promedio se deberan cambiar la mitad de las lmparas cada ao para mantenerse en unos niveles de iluminacin aceptables. Adems, se ha estimado que el costo de cambiar una bombilla del mobiliario urbano (incluido el costo de la bombilla y la mano de obra para realizar la sustitucin), asciende a 20 la de 125 W y 30 euros la de 250 W. Por otro lado se estima el precio medio del Kw./hora en los prximos aos alrededor de los 0.15 . En el mtodo que se describe a continuacin, se comparan los dos tipos de lmparas de vapor de mercurio con sus equivalentes lmparas LED y se da como resultado el ahorro medio por lmpara al ao, teniendo en cuenta el precio de cambiar la lmpara de vapor de mercurio (precio de la lmpara + gasto del cambio) y el ahorro energtico anual producido por cada lmpara. Todo ello utilizando los datos descritos anteriormente para cada tipo de lmpara:

Lmpara 125W: contando que cada ao el costo medio de reposicin por lmpara de vapor de mercurio es de 10 euros y que el costo anual de la energa que consume se calcula multiplicando el nmero de KWh que consume al ao por 0.15 del valor del KWh estimado. [(10+10)/2] + [(4380horas) x (0.14 KWh) x (0.15/ KWh)] = 101.98 /ao por lmpara

Mientras que su equivalente LED consume 46W y su periodo de sustitucin es a muy largo plazo, su costo anual es el siguiente. (4380horas) x (0.046 KWh) x (0.15/ KWh) = 30.22 /ao por lmpara

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Por lo que su amortizacin total cada ao es de 101.98 - 30.22 = 71.76 para cada lmpara de 125W de vapor de mercurio sustituida por una lmpara de LED. Por lo tanto el periodo estimado de amortizacin apenas sobrepasa los dos aos.

Lmpara 250W: El costo de reposicin de esta lmpara es unos 30, contando

que cada ao hay que cambiar aproximadamente la mitad de las lmparas, el costo medio anual de reposicin por luminaria es de 15 euros. Por otro lado el costo energtico ser el resultado de multiplicar el nmero de KWh que consume al ao por 0.15 del valor del KWh estimado. [(20+10)/2] + [(4380horas) x (0.268 KWh) x (0.15/ KWh)] = 191.08 /ao por lmpara

Mientras que su equivalente LED consume 92W y su periodo de sustitucin es a muy largo plazo, su costo anual es el siguiente. (4380horas) x (0.092KWh) x (0.15/ KWh) = 60.44 /ao por lmpara Por lo que su amortizacin total cada ao es de 191.08-60.44 = 130.64 para cada lmpara de 250W de vapor de mercurio sustituida por una lmpara de LED. Por lo tanto el periodo estimado de amortizacin apenas sobrepasa los dos aos.

No hemos considerado gastos de mantenimiento de los nuevos dispositivos porque la duracin estimada de vida de los mismos es muy elevada (un mnimo de 15 aos), los gastos de los dos primeros aos los cubre la garanta y los ahorros producidos en los aos que pasan el periodo de amortizacin superan con creces los pequeos costos que se puedan producir.

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A.3. EMISIONES DE CO2. A continuacin se detalla la diferencia anual de emisiones de CO2 a la atmsfera entre la actual instalacin y la propuesta con lmparas LED, teniendo en cuenta que se emite una media de 1 Tonelada de CO2 por cada 1000KWh gastados.

Emisiones de CO2 al ao con lmparas de Vapor de Mercurio: 1. Se calcula el gasto energtico de todas las lmparas de Vapor de Mercurio.

(763 x 4380 x 0.14) + (511 x 4380 x 0.268) = 1.067.703 KWh/ao *[(n lmparas 125W) x (horas uso/ao) x (consumo KW/hora lmpara )] + [(n lmparas 250W) x (horas uso/ao) x (consumo KW/hora lmpara )]

2. Econmicamente utilizando los datos del apartado anterior, tenemos que el consumo total asciende a:

1.067.703 x 0,15 = 160.155 /ao

* (Consumo Total lmparas Vapor de Mercurio) x (Precio medio del KWh)

3. Y las emisiones de CO2 anuales son de:

1067703 / 1000 = 1.068 Toneladas de CO2/ao

*(Consumo Total lmparas Vapor de Mercurio) / (Tonelada de CO2/KWh)

Emisiones de CO2 al ao con lmparas de LED: 1. Se calcula el gasto energtico de todas las lmparas de LED.

(763 x 4380 x 0.046) + (511 x 4380 x 0.092) = 359.642 KWh/ao *[(n lmparas 46W) x (horas uso/ao) x (consumo KW/hora lmpara )] + [(n lmparas 92W) x (horas uso/ao) x (consumo KW/hora lmpara )]

2. Econmicamente utilizando los datos del apartado anterior, tenemos que el consumo total asciende a:

359.642 x 0.15 = 53.946 /ao

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* (Consumo Total lmparas LED) x (Precio medio del KWh) Estas cifras suponen la economizacin de un 66,32% de la factura energtica municipal

Y las emisiones de CO2 anuales son de:

359.642 / 1000 = 360 Toneladas de CO2/ao

*(Consumo Total lmparas de LED) / (Tonelada de CO2/KWh)

Diferencia: Utilizando lmparas LED, se dejan de emitir a la atmsfera:

1068-360 = 708 Toneladas de CO2/ao.

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A.4. DESCRIPCIN TCNICA DEL PRODUCTO. La electrnica de iluminacin se encuentra ubicada en un disipador de aluminio donde tambin est la fuente de alimentacin. Por esto la lmpara de iluminacin LED lleva incorporado un sistema inteligente de control de temperatura. Dicho sistema consiste en un sensor de temperatura conectado a un microcontrolador que regula la intensidad lumnica de los LED mediante una seal PWM.

. Esquema electrnico del Sistema Inteligente de control de temperatura

La intensidad lumnica de los LED la marca el intervalo de tiempo que se mantienen encendidos, cuanto mayor sea dicho intervalo ms intensidad apreciar el ojo humano.

. Pulso de la seal PWM con intensidad lumnica normal

. Pulso de la seal PWM con intensidad lumnica reducida

Cuando el sensor detecta una temperatura elevada, el microcontrolador regula la seal PWM para que baje la intensidad lumnica y con ello la temperatura de la lmpara. Con esto se consigue alargar considerablemente el tiempo de vida de nuestra lmpara de LED.

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MODELO: BE27-220AC-M-PWM-4x12-46W

CARACTERSTICAS: - Dimming (regulacin de brillo), Controlado por MicroProcesador.

- Bajo Consumo Elctrico.

- Alta Luminosidad.

- Alumbrado Pblico.

Especificaciones Tcnicas:

Parmetro Valor

Dimensiones (alto x ancho x largo) 71 mm x 100 mm x 260 mm

Consumo Elctrico Mximo: 57.6 W.

Tpico: 46 W.

Tipo de Casquillo

E27 E40

Flujo Luminoso 90 lum/W Flujo Luminoso 88 lum/W

Temperatura del Color (CCT) 2600 - 10000 K

Tensin de Alimentacin 220V

Vida Operativa 50.000 horas Ms de 50.000 horas (ms del 90%)

N de LED 48

Estructura Aleacin Aluminio con cubierta acrlica

Fabricante de LED CREE

Caractersticas especiales Control Inteligente de la Temperatura por Microprocesador

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Equivale a: - 125W Vapor de Mercurio alta presin.

- 70W Vapor de Sodio alta presin.

COMPARATIVA: (Altura de Montaje a 5m).

LED VAPOR MERCURIO

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MODELO: BE27-220AC-M-PWM-4x24-92W

CARACTERSTICAS: - Dimming (regulacin de brillo), Controlado por MicroProcesador.

- Bajo Consumo Elctrico.

- Alta Luminosidad.

- Alumbrado Pblico.

Especificaciones Tcnicas:

Parmetro Valor

Dimensiones (alto x ancho x largo) 71 mm x 200 mm x 260 mm

Consumo Elctrico Mximo: 115.2 W.

Tpico: 92.16 W.

Tipo de Casquillo

E27 E40

Flujo Luminoso 90 lum/W Flujo Luminoso 88 lum/W

Temperatura del Color (CCT) 2600 - 10000 K

Tensin de Alimentacin 220V

Vida Operativa 50.000 horas Ms de 50.000 horas (ms del 90%)

N de LED 96

Estructura Aleacin Aluminio con cubierta acrlica

Fabricante de LED CREE

Caractersticas especiales Control Inteligente de la Temperatura por Microprocesador

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Equivale a: - 250W Vapor de Mercurio alta presin.

- 150W Vapor de Sodio alta presin.

COMPARATIVA: (Altura de Montaje a 5m).

LED VAPOR MERCURIO

Con, 17 de diciembre de 2009

Fdo. Francisco J. Guerrero Postigo Fdo. Manuel Setin Hernndez Ingeniero Tcnico Municipal Tcnico Municipal de Medio Ambiente