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MEXICO
ALUMBRADO DE VIALIDADES
TRABAJO DE INGRESO COMO MIEMBRO DE
LA ACADEMIA DE INGENIERÍA
ESPECIALIDAD: INGENIERIA ELECTRICA
Juan Francisco Espino del Pozo
Ingeniero Mecánico Electricista
24 de Mayo de 2007
Alumbrado de Vialidades
CONTENIDO
Página
1
2
3
4
5
6
7
Resumen ejecutivo
Introducción
Breve Historia
Eficacia
Eficiencia
Calidad de un Alumbrado de Vialidades
Consideraciones para el diseño
Continuidad del servicio y Mantenimiento
Bibliografía
3
5
6
13
17
27
34
38
40
ANEXOS
I Diagramas
II Fotografías
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
41
45
2
Alumbrado de Vialidades
RESUMEN EJECUTIVO
El alumbrado de vialidades es una de las más importantes demandas ciudadanas;
de este depende la seguridad nocturna en las calles, para peatones y conductores
de vehículos; las Autoridades Municipales de las que depende, tienen que afrontar la
inversión en equipo e instalación, el costo de la energía eléctrica de la que
depende su operación y el gasto de mantenimiento para dar continuidad de
servicio, con gran sacrificio de su presupuesto.
Únicamente con el empleo de nuevas tecnologías y desarrollos tecnológicos, con
el uso de equipos más eficientes que permitan el máximo ahorro de energía sin
afectar el desempeño, es posible que los Municipios proporcionen el servicio sin
deficiencias.
Este trabajo trata de repasar los elementos que lo componen y así crear conciencia del
cuidado que debe tener su selección, tomando en cuenta que se trata de un servicio
público que reviste una primordial importancia en la seguridad ciudadana, que además
incide de manera importante en el consumo de energía eléctrica y por consecuencia en
el gasto público, por lo que su diseño y manejo deben ser considerados con la máxima
eficacia, eficiencia y calidad, usando de todos los respaldos que los desarrollos de
Ingeniería nos permiten y que conduzcan a su excelencia.
El desarrollo empieza por una breve semblanza histórica del alumbrado público, que
permita situarnos en su problemática, iniciando por la eficacia de las fuentes
luminosas, convencionalmente definida para una lámpara como conversión en flujo
luminoso (lumen (lm)) por unidad de potencia eléctrica (W), (Le Systeme Internacional
d’Unités, (SI)), continuando con la eficiencia en el aprovechamiento máximo del flujo
luminoso, esto es, mediante el uso de la óptica en un luminario colocado a una altura
conveniente, enviar ese flujo hacia la vialidad, finalmente, integrado un sistema de
alumbrado por una lámpara, un luminario, los accesorios necesarios para su operación,
control y alimentación, obtener el mayor rendimiento de la conducción de la energía
eléctrica al sistema, mostrando al fin, como la calidad del alumbrado y seguridad para
los usuarios queda garantizada adecuadamente.
Como conclusión se señalan consideraciones para su diseño y para la continuidad del
servicio y mantenimiento del mismo.
Palabras clave:
1. Introducción
Las cifras obtenidas por el FIDE permiten respaldar la importancia del servicio de
Alumbrado de Vialidades, sobre todo por el impacto económico en los presupuestos
Municipales y el ambiental por el consumo energético.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
2. Breve historia
Breve historia de las fuentes luminosas.
Breve historia del alumbrado de vialidades en la Ciudad de Puebla.
Historia del comportamiento del consumo eléctrico empleado en el alumbrado público.
Todo esto con el propósito de establecer las bases sobre la problemática del alumbrado
de vialidades.
3. Eficacia
Definida como la capacidad de las lámparas de convertir energía eléctrica en luz.
Se recorren todas las fuentes de iluminación de las que por el momento se dispone
para resolver el problema de alumbrado de vialidades en particular, destacando las
cualidades y los problemas en cada una de ellas.
4. Eficiencia
Definida como el máximo aprovechamiento del flujo luminoso con el mínimo de energía
eléctrica consumida.
En el alumbrado de vialidades no es posible, como se comprende, utilizar una lámpara
sin ninguna protección, como tampoco conviene desaprovechar el control que puede
hacerse del flujo luminoso utilizando principios básicos de la óptica.
El luminario proporciona ambas posibilidades de modo que en este trabajo se
comentan características de estos, así como las de los equipos auxiliares, balastros,
líneas alimentadoras y controles.
5. Calidad
Probablemente se pueden lograr resultados espectaculares en los dos puntos
anteriores, pero no debe olvidarse que se requiere de muchos otros detalles que
finalmente permiten calificar la calidad de un alumbrado instalado en vialidades, sujeto
a innumerables condiciones de servicio adversas y que tiene la finalidad de
proporcionar siempre la mayor seguridad y confort a los usuarios.
En este punto se señalan características que permiten calificar la calidad de un
alumbrado como son: nivel de iluminación, uniformidad, percepción, factor de
utilización, deslumbramiento, alumbrado del entorno, además de manera general la
eficacia y la eficiencia.
6. Consideraciones de diseño
Una primera conclusión de todo lo señalado en este trabajo es realizar un diseño
considerando los detalles comentados en los puntos anteriores.
7. Continuidad del servicio y mantenimiento
Esta segunda conclusión resume muchas experiencias vividas al frente del servicio de
alumbrado de vialidades en la Ciudad de Puebla, destacando dos recomendaciones
fundamentales: para dar mantenimiento a luminarios lo mejor, más efectivo, eficiente
y económico es sustituirlo en las alturas por otro igual puesto a punto en un
laboratorio en tierra, así como nunca olvidar que actualmente la mejor información
sobre el comportamiento del alumbrado es proporcionada por los vecinos para lo cual
es de vital importancia mantener abiertos todos los canales de comunicación posibles.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
1.
INTRODUCCIÓN.
El conocimiento de cada uno de los elementos que conforman el Alumbrado de
Vialidades es la mejor oportunidad para lograr una solución eficiente en cuanto al
consumo de energía eléctrica y económica en cuanto a su instalación.
Una muy importante demanda ciudadana a las Autoridades Municipales es sin duda
el ALUMBRADO por estar ligado 100% a la seguridad nocturna del tránsito peatonal y
vehicular. Por otra parte los costos de instalación, operación y mantenimiento
absorben una gran parte del presupuesto municipal, responsabilidad que obliga a las
Autoridades a tratar de reducir este costo, para lo cual deben hacer uso de los
sistemas de alumbrado de Vialidades más adecuados, sustentados en las tecnologías
más avanzadas y aplicadas con los más amplios criterios técnicos y económicos para
resolver sus necesidades.
En cifras del FIDE durante el pasado 2006 se consumieron 4302 GWh de energía
eléctrica con un importe aproximado de $7000 millones de pesos, impacto económico
que se reduciría considerablemente con proyectos de sistemas de alumbrado que
incluyan soluciones con desarrollos tecnológicos para ahorro de energía.
Por lo que representa en nuestros días el ALUMBRADO DE VIALIDADES requiere del
conocimiento amplio de los elementos que lo integran; sin embargo, esta especialidad
en la generalidad de los casos se practica sin un análisis profundo de su aplicación a
pesar de su importancia. El alumbrado de una calle para el común de la gente
significa: presentarse en una tienda para comprar uno o varios luminarios con sus
lámparas, buscar como y en donde colocarlos y simplemente conectarlos a la energía
eléctrica y ya lo tiene.
Este trabajo sobre ALUMBRADO DE VIALIDADES presentara los puntos fundamentales
que deben tomarse en cuenta para lograr resultados eficientes y con la calidad
deseada, como son:
•
•
•
•
•
Eficacia lumínica de las fuentes de luz; valor básico en un proyecto para ahorro
de energía.
Eficiencia luminosa y energética; máximo desempeño y aprovechamiento del
flujo luminoso y de la alimentación eléctrica.
Calidad del alumbrado; Nivel de Iluminación, Uniformidad, Confort, para la
seguridad de peatones y vehículos.
Consideraciones para un diseño; conclusión de los puntos anteriores para la
máxima seguridad, máximo ahorro de energía y menor costo de inversión y
mantenimiento.
Continuidad de servicio y Mantenimiento; garantía de operación.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
2.
BREVE HISTORIA
Para facilitar la comprensión de este trabajo es importante conocer un poco de la
historia, aunque sea en forma breve, tanto de lo que ha sido el desarrollo de las
fuentes de iluminación como del propio alumbrado de vialidades, considerando el que
ha estado mas cercano a mi, como es el de las vialidades de la Ciudad de Puebla y un
poco también de las relaciones de este servicio con los consumos de energía eléctrica
que nos permiten tener una idea en donde nos encontramos en nuestros días.
2.1 Fuentes luminosas
Desde tiempo inmemorial el hombre ha usado sistemas artificiales de iluminación, con
objeto de prolongar su tiempo de actividad más allá de lo que nos permite la
iluminación natural de la luz del día
Tradicionalmente se usó la luz producida por la combustión, (del aceite o del gas, por
ejemplo), pero con la utilización de la energía eléctrica, con la posibilidad de producir
luz por descarga de arco eléctrico o por incandescencia se obtuvo una gran facilidad
para disponer ventajosamente de fuentes luminosas activadas eléctricamente, con lo
cual se da comienzo a un desarrollo muy importante de la iluminación eléctrica como
servicio público.
Desde 1880 hasta más o menos 1915 se desarrollo en la práctica el alumbrado público
teniendo como base principalmente lámparas de arco con electrodos de carbón.
Con grandes ventajas técnico-económicas los focos incandescentes sustituyeron
paulatinamente a las lámparas de arco; a partir de 1915, los alumbrados en vialidades,
cobran gran importancia pues los focos incandescentes permiten su colocación en
postes altos, al no tener que estar cambiando electrodos continuamente (cada 24
horas), obteniendo de esta manera una buena uniformidad de la iluminación.
Desde 1915 hasta 1955 se desarrollo el empleo de luminarios usando los principios de
reflexión y refracción para mejorar la utilización de las lámparas incandescentes,
desplazando a las de arco, al mejorarse notablemente su eficacia y su vida útil,
alcanzando con el manejo de la intensidad luminosa a través de un reflector y un
refractor formando parte del luminario, una adecuada aplicación de la iluminación
sobre la vialidad.
De 1955 a 1962 se emplearon lámparas fluorescentes por la gran mejora de eficacia
luminosa y vida útil pasando de unos 15 a 20 lumen/Watt y 1000 horas de vida útil de
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
las lámparas incandescentes a unos 40 a 60 lumen/Watt y 6000 a 8000 horas de vida
útil de las fluorescentes. Desgraciadamente por la forma de tubo largo de la lámpara
fluorescente y teniendo los contactos muy débiles en los extremos, las luminarios
presentan problemas físicos muy difíciles de solucionar al ser colocadas en la punta de
un poste sujeto a vibraciones, presión del viento y a las inclemencias de la intemperie,
por lo que esta forma de alumbrado rápidamente se abandonó en el alumbrado de
vialidades.
A partir de 1962 se logro un gran avance tecnológico en las lámparas de vapor de
mercurio con espectro mejorado, sobre todo en la corrección del color, con lo cual se
inicia un verdadero cambio que privilegió la calidad y eficiencia en el alumbrado público
de vialidades. Se alcanzaba una vida útil de 14000 horas con una eficacia de unos 56
lumen/Watt iniciales y de 40 lumen/Watt al final de su vida que podría llegar de 18000
horas y hasta las 24000 horas de vida útil.
Desde 1978 se cuenta con un tipo de lámpara de vapor de sodio de alta presión
(V.S.A.P.) cuyas características técnicas son: un gran rendimiento luminoso de entre
105 y 110 lumen/Watt y vida útil de 24000 horas; originalmente se tenia como único
inconveniente su color amarillento de espectro muy limitado de baja calidad, que se ha
mejorado con lámparas de espectro compensado.
Actualmente se cuenta también con lámparas de aditivos metálicos que pueden tener
una gran gama de color corregido desde los blancos conocidos como luz de día hasta
colores calidos que prácticamente no deforman los colores naturales y con un buen
rendimiento luminoso de unos 80 a 90 lumen/Watt y una vida útil del orden de 10000
a 20000 horas.
2.2 Historia del alumbrado eléctrico en la Ciudad de Puebla
1888. – De todas las instalaciones que existen en ese año en toda la República, la más
notable sin duda es la de la Ciudad de Puebla. Se tenían 100 luminarios de arco de
1200 bujías (15000 Lm), 6,8A, 54V, 360 VA (Watt) cada una, en tres circuitos serie,
que recorren 14 km, esto es, 28 km de longitud por circuito, desde la central equipada
con una turbina hidráulica doble de 180 caballos, aprovechando una caída artificial de
10m de altura situada sobre el Río Atoyac en los terrenos de Echeverría propiedad del
Sr. D. Sebastián B. Mier; la turbina accionaba a tres dinamos del sistema Thompson
Houston de 2200V nominales entre terminales, con capacidad para 50 lámparas de
arco cada uno, cada dinamo tiene su circuito separado, la energía se transportaba por
líneas aéreas al centro de la ciudad, 6 hilos de un calibre equivalente a #8. Esta
central fue la primera hidroeléctrica construida ex profeso para proporcionar un
servicio público de Energía Eléctrica.
1907. - Don Francisco de Velasco ordenó la instalación de 140 luminarios ornamentales
de 5 luces incandescentes conocidos como Dragones, foco de 20 Watt a 120 Volt,
instalación subterránea, todo con cables armados, con 100 W/dragón para el zócalo y
principales avenidas con el arreglo conocido como tres bolillo, esto es, alternado en
ambas aceras. La energía era proporcionada por un generador de corriente directa
movido por motor de vapor desde la Compañía de Alumbrado Eléctrico, “Nopalito” (8
poniente y 11 norte), recorriendo la Avenida Reforma hasta el zócalo.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
1926. - La Cía. de Tranvías Luz y Fuerza de Puebla, convirtió el resto del alumbrado de
la ciudad, de serie CD. a serie CA del tipo de corriente constante y voltaje variable en
los extremos de la serie según la carga de 425 unidades repartidos en 9 circuitos, para
cubrir los cruceros y con unidades a mitad de calle, 500 W/unidad, alimentados todos
desde “La Receptora”, Subestación ubicada en la 18 Poniente y 19 Norte.
1930. - Se instalan faroles con refractor tipo Hollywood en algunas calles del centro de
la ciudad como la 2 oriente-poniente, la 3 oriente-poniente y algunos fraccionamientos
como San Francisco, colonia el Carmen, Chula Vista y en 1948 la muy moderna colonia
La Paz.
1949. - Se instalan 60 unidades de vapor de mercurio de 400 Watt a 9 m de altura,
con poste, pedestal, luminario de reflector y refractor, reactor y lámpara importados,
pero debido al color verde del mercurial de entonces, con espectro limitado de muy
poca calidad de luz, se consideró un fracaso.
1961. - Se instalaron 2500 unidades fluorescentes a 6 m de altura en postes tipo
látigo, en toda la ciudad de Puebla en obras por cooperación y apoyo de los Gobiernos
del Estado y Federal, para las fiestas del Centenario de la Batalla del 5 de Mayo.
1963. - Se instalaron 3500 unidades mercuriales (nuevo tipo color con espectro
corregido) de 400 Watt, reactor autorregulado, en obras por cooperación, con
pedestal, poste de 8 m y brazo de 1,8 m e instalación subterránea, proporcionando un
nivel luminoso promedio mantenido de 14 lux con una distancia entre postes de 30 a
35 m.
1967. - Se convirtió parte del alumbrado y se instaló nuevo con 250 Watt vapor de
mercurio, gracias a la mejora de la eficacia luminosa en las lámparas de vapor de
mercurio.
1979. - Se empieza a usar unidades con lámparas de vapor de sodio de alta presión
(V.S.A.P.), inicialmente sin mucha aceptación, pero con el tiempo se fue apreciando la
mejora en el nivel luminoso con lo que se gano la aceptación general.
1980. - Se instalan lámparas de vapor de sodio de baja presión tipo dedo de oro de 55
Watt de gran eficacia pero por su color anaranjado monocromático fueron un gran
fracaso puesto que se instalaron en calles muy céntricas y muy concurridas, olvidando
que su principal aplicación es en carreteras.
1983. - Se construyen sistemas de alumbrado con alimentación subterránea, poste
metálico de 9 metros unitario (sin pedestal y con el brazo para el montaje del
luminario integrado), con luminarios de alta eficiencia V.S.A.P. de 250 Watt, distancias
interpostales promedio de 35 m + ó - 10%, como norma para todo el municipio. Para
este entonces se tenían instalados 18000 luminarios.
1984, 1985, 1986. - Se sustituyen sistemas provisionales de alumbrado mercurial de
250W y tipo dedo de oro de 55W, por sistemas modernos de alta eficiencia y largo
rendimiento con unidades de V.S.A.P. 250W, teniéndose a finales de 1986, 4300
unidades sustituidas y 6600 unidades en obra nueva.
1987. - En este año se tenía un inventario de equipo instalado formado por:
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
256 Postes tipo Dragón
1974 Faroles coloniales
954 Otros Faroles y unidades de ornato
2532 Postes de doble brazo en avenidas con camellón
18675 Postes sencillos
3200 Unidades en postes de la CFE
------------------------------------------27591 TOTAL de unidades
8887 kW de carga total instalada
1992 en adelante.- Se instalan unidades de 150 W, programa Solidaridad en postes de
CFE, se inicia programa de sustitución de unidades de 250 W V.S.A.P. por unidades de
150 W V.S.A.P. para ahorro de energía.
2.3 Relación del Alumbrado de Vialidades con Consumos de Energía
Para considerar la importancia que tiene el Alumbrado Público como consumidor de
energía eléctrica a continuación se presenta una tabla con los consumos anuales en
MWh, en % del total del consumo de energía eléctrica y en miles de $ pesos MN.
corrientes, tanto en cifras de todo el País como especialmente en el estado de Puebla.
AÑO
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
MWh
2886872
2877167
2943823
3057215
3183527
3404484
3435671
3434746
3280026
3311776
3364566
3530609
3817717
3870351
3937287
4036651
4090567
4154197
NACIONAL
%
miles $
3,52
251310
3,25
363343
3,20
566650
3,22
754884
3,26
956610
3,36 1109826
3,14 1166318
3,03 1426970
2,70 1801135
2,54 2156545
2,45 2738472
2,43 3289101
2,46 3996441
2,46 4375620
2,46 4927075
2,52 5897103
2,50 6317268
2,45 6780425
ESTADO DE PUEBLA
MWh
%
miles $
106586
3,30
9038
109312
3,30
13813
108316
3,12
18755
116773
3,28
26218
130848
3,60
35455
153756
4,01
45447
163737
4,00
51380
164435
4,06
60620
141358
3,13
71427
131358
2,69
80215
131583
2,48 102645
148725
2,66 131505
154150
2,63 155969
159245
2,70 176184
163878
2,64 196619
168859
2,70 239502
179982
2,89 269894
190113
2,94 301087
De estas cifras se desprenden observaciones interesantes: en primer lugar se
observa que para el alumbrado de vialidades se tiene a nivel Nacional un promedio
aproximado al 2,5% del consumo total de la energía eléctrica, lo cual indica la
importancia de su operación eficiente, también se observa que su costo es cercano a
los 7000 millones de pesos/año, tomando en cuenta que el consumo doméstico
Nacional es del orden de 42531510 MWh anuales quiere decir que aproximadamente
un equivalente al 10% del consumo domestico (4154197 MWh) se usa para el
Alumbrado de Vialidades, por otra parte si se considera un promedio de 200
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
W/luminario se tiene como mínimo alrededor de 5000000 de luminarios instalados en
el País, conservadoramente corresponden a unos 175000 km de vialidades iluminadas.
En segundo lugar existe un punto muy importante; dado que la mayoría de los
consumos por concepto de alumbrado público no son medidos sino que se estiman
basados en la cantidad de luminarios, su capacidad, pérdidas estimadas del orden del
25% y un tiempo de uso de 12 h diarias por 365 días al año, lo cual dista mucho del
consumo real si este fuera medido.
El fundamento para el cobro se encuentra en el reglamento para la aplicación de las
tarifas 5 y 5 A para Alumbrado Público que dice:
Tarifa 5 (2006 - 2007)
Servicio para alumbrado público
1.- Aplicación
Esta tarifa sólo se aplicará al suministro de energía eléctrica para el servicio a
semáforos, alumbrado y alumbrado ornamental por temporadas, de calles, plazas,
parques y jardines públicos. En las zonas conurbadas del Distrito Federal, Monterrey y
Guadalajara, definiéndose éstas como las señaladas en la Segunda Resolución de la
Secretaría de Hacienda y Crédito Público, que reforma y adiciona a la que establece
reglas generales y otras disposiciones de carácter fiscal para el año de 1989, en su
regla 81-A, y en al Cuarta Resolución que reforma, adiciona y deroga algunas
disposiciones de la que establece reglas generales y otras disposiciones de carácter
fiscal para el año de 1989, publicadas en el Diario Oficial de la Federación, los días 2
de mayo y 26 de junio de 1989, respectivamente.
Los puntos siguientes son iguales a los de la Tarifa 5-A excepto en el costo que es de:
Tarifa 5-A (2006 - 2007)
Servicio para alumbrado público
1.- Aplicación
Esta tarifa sólo se aplicará al suministro de energía eléctrica para el servicio a
semáforos, alumbrado y alumbrado ornamental por temporadas, de calles, plazas,
parques y jardines públicos en todo el país exceptuándose las circunscripciones para
las cuales rige la tarifa 5.
2.- Horario
Del anochecer al amanecer del día siguiente, excepto el servicio a semáforos; o el
que se establezca en los convenios que en cada caso suscriban las partes
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
contratantes.
3.- Cuotas aplicables en el mes de
MARZO
de 2007.
3.1 Cargo por la energía consumida en los servicios suministrados en media
tensión
$ 1.481
Por cada kilowatt-hora.
3.2 Cargo por la energía consumida en los servicios suministrados en baja
tensión
$ 1.759
Por cada kilowatt-hora.
4.- Mínimo mensual
La cantidad que resulte de aplicar las cuotas correspondientes al consumo
equivalente a 4 horas diarias del servicio de la demanda contratada.
5.- Consumo de energía
Normalmente se medirán los consumos de energía, aunque en los contratos
respectivos se establecerán el o los procedimientos para determinar el consumo de
energía, de acuerdo con las características en que se efectúe el suministro de
servicio y de conformidad con las normas aplicables.
6.- Demanda por contratar
La demanda por contratar corresponderá al 100% de la carga conectada. Cualquier
fracción de kilowatt se tomará como kilowatt completo.
7.- Reposición de lámparas
El prestador del servicio deberá reponer las lámparas, los aparatos y materiales
accesorios que requiera la operación de las mismas.
Tratándose de alumbrado público, cuando el suministrador esté de acuerdo en tomar
a su cargo la reposición de las lámparas y dispositivos necesarios, se fijará en los
contratos la forma para el cobro de los gastos que origine este servicio adicional al
del suministro de energía.
8.- Depósito de garantía
Será 4 veces el mínimo mensual aplicable.
Nota:
Se continuará con la aplicación de un factor de ajuste mensual acumulativo de 1.00483
establecido en el ARTÍCULO SEGUNDO del acuerdo publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 17 de enero del 2003. En todos los casos los ajustes mensuales serán
aplicados a partir del día primero de cada mes
Es muy importante destacar lo señalado en el punto 5 que dice “normalmente se
medirán los consumos de energía”.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
En el caso de la Ciudad de Puebla el cobro del consumo se determina por convenio y
he podido comprobar, mediante un estudio y aplicando mediciones en algunos circuitos
típicos, que si se midieran los consumos de energía se tendría una reducción en el
cobro del orden de un 30%.
En tercer lugar los adelantos tecnológicos en materia de alumbrado deben de haber
permitido reducir el consumo de energía en el alumbrado de vialidades reflejado por lo
menos en la carga conectada y por lo tanto también en las cifras de las tablas
presentadas.
Para el caso del Estado de Puebla por ejemplo: el incremento en consumo de 1988 a
2005 es del orden del 78%. Sin embargo, en el mismo periodo el inventario de
luminarios instalados creció en una proporción mayor hasta cerca del 240% pues
actualmente se tiene instaladas unas 65000 unidades para la Ciudad de Puebla, lo cual
indica claramente el mejoramiento en la eficacia y eficiencia del alumbrado público.
En el caso del consumo Nacional, este creció alrededor de un 44% en el consumo para
el mismo período aunque seguramente el inventario de luminarios debe haber crecido
en una mayor proporción.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
3.
EFICACIA.
El elemento básico de un alumbrado es la fuente luminosa y de esta el flujo luminoso
emitido por ella al ser alimentada por energía eléctrica, la eficacia de la conversión de
la energía eléctrica en luz representa el punto fundamental de al aplicarse en el
alumbrado de vialidades, con el fin de obtener el máximo flujo luminoso con el menor
consumo de energía eléctrica.
A continuación se presenta una lista de lámparas que podrían aplicarse al alumbrado
de vialidades y algunos comentarios sobre sus características.
3.1
Lámparas incandescentes.
Aún cuando el uso y aplicación de las lámparas incandescentes no es recomendable
para el alumbrado de vialidades debido al alto consumo de energía, eficacia de 20
Lm/W y corta vida útil de 1000 h con tensión eléctrica adecuada, en su presentación
común que todos conocemos como foco, los últimos desarrollos de la tecnología han
logrado mejoras que van de un 10% a un 15% en eficacia y hasta 2500 h de vida útil
trabajando siempre a una tensión eléctrica adecuada. Por su bajo costo inicial y
facilidad de montaje puede ser interesante considerar su aplicación previo estudio para
alumbrado de andadores.
3.2
Lámparas de cuarzo halógenas.
Actualmente este tipo de lámparas, cuya aplicación es directamente en luminarios tipo
reflector, ha alcanzado un grado de desarrollo que permite considerarlos para
aplicaciones muy especiales en vialidades. Existen en dos potencias tradicionales que
antes se conocían como de 500 W y de 1500 W. Los nuevos tipos proporcionan el
mismo flujo luminoso nominal por Watt pero en potencias de 350 W y 900 W
respectivamente con una vida útil nominal (esto es con tensión adecuada) de 2000 h,
de hecho se ha mejorado su eficacia a 30 y 35 Lm/W respectivamente, existiendo
ahora presentaciones en 100 W y 150 W.
3.3
Lámparas fluorescentes.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
Muy populares en los alumbrados comerciales sin embargo como ya se señalo poco
aplicables en el alumbrado de vialidades en su forma de tubo largo.
Con el desarrollo de las lámparas fluorescentes compactas que tienen dimensiones casi
semejantes a las de los focos incandescentes comunes incluyendo su balastro, este
tipo de lámparas comienza a tomar un papel importante para ser consideradas en
alumbrado de vialidades peatonales o vialidades muy especiales como pueden ser
barrios residenciales con faroles tipo colonial.
La eficacia de este tipo de lámparas puede fluctuar entre 57 Lm/W y 64 Lm/W con una
vida útil nominal de 10000 h a 12000 h en potencias de 26 W, 32 W, 42 W, 57 W y 72
W. con flujos luminosos promedio de 1500 Lm, 1850 Lm, 2690 Lm, 3440 Lm, 4160
Lm, respectivamente y en colores con espectro corregido en varias opciones desde el
blanco conocido como luz de día hasta los colores de luz cálida (amarilla).
Otra característica que las hace atractivas es su facilidad de instalación pues como ya
se menciono el balastro forma parte integral de la lámpara.
3.4
Lámparas de descarga de alta intensidad (H.I.D.).
Ya se menciono que este nuevo tipo de lámparas hizo posible el desarrollo de las
instalaciones de los servicios públicos del alumbrado en vialidades, los primeros
desarrollos fueron a base de descarga en un recipiente a presión (un pequeño bulbo)
con una gota de mercurio creando una fuente luminosa de alto flujo y buena
efectividad, el cual se encuentra soportado en otro bulbo y este con un recubrimiento
fluorescente para corregir el espectro del color emitido por el vapor de mercurio.
El desarrollo de este tipo de lámparas lleva cada día a nuevas mejoras en la eficacia;
mayor conversión de energía eléctrica en flujo luminoso; de valores de 40 Lm/W en un
principio a valores de 110 Lm/W en la actualidad, con una vida útil nominal para este
tipo de lámparas de hasta 24000 h.
Las lámparas de vapor de sodio también pertenecen a este tipo; son las más usadas
para alumbrar vialidades por tres razones principales:
1.- Gran eficacia = más flujo luminoso por potencia consumida Lumen/Watt
2.- Larga vida útil nominal con baja depreciación de su flujo luminoso Lm = costo de
operación bajo
3.- Fuente luminosa compacta = facilita el control de la luz en el luminario
3.4.1 Vapor de mercurio.
Actualmente este tipo de lámparas esta prácticamente en desuso por su relativamente
baja eficacia 40 Lm/W a 52 Lm/W, y la relativamente alta depreciación luminosa de
hasta el 40% de su flujo contra su vida útil nominal del orden de 24000 h; sin
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
14
Alumbrado de Vialidades
embargo, hay que reconocer que gracias a ellas se ha tenido un desarrollo tecnológico
de lámparas en las que se han añadido otros metales con magníficos resultados.
Para establecer la corriente en el vapor de mercurio se emplea un electrodo de
arranque cercano a uno de los electrodos de trabajo con lo que se facilita que la gota
de mercurio inicie el arco eléctrico y se empiece a evaporar, cuando ya se ha
arrancado el arco y el mercurio se encuentra en forma de vapor, se desconecta el
electrodo de arranque mediante un interruptor bimetálico, y se conecta la alimentación
al otro electrodo de trabajo.
3.4.2 Aditivos metálicos.
La adición de algunos metales en el bulbo con mercurio ha permitido mejorar la
eficacia y la calidad del espectro luminoso (color) en las lámparas de descarga de alta
intensidad H.I.D. de modo que en la actualidad se cuentan con un gran número de
opciones de diferentes fabricantes en diferentes potencias con eficacias tan variables
como de 57 a 83 Lm/W y vida útil nominal desde 10000 h hasta 20000 h.
En este tipo de lámparas es muy importante la posición de su instalación y operación,
(ángulo de inclinación de los electrodos con la vertical), pues disminuye su flujo
luminoso cuando no se usa en la posición de diseño, por ejemplo si la aplicación es
horizontal a 90º de la vertical el flujo disminuye en 6%, si es con un ángulo de 60º con
la vertical el flujo disminuye hasta en 12%, también es importante tomar en cuenta su
factor de depreciación luminosa que es muy elevado del orden de 65% al final de su
ciclo de vida.
El último adelanto son las lámparas de aditivos metálicos Pulse Start o Pulse Arc en las
cuales se ha sustituido el electrodo de arranque por un arrancador que proporciona
una alta tensión del orden de 2000 V en los electrodos de trabajo y una vez
establecido el arco se desconecta quedando en funcionamiento solo el balastro, las
mejoras en eficacia y menor depreciación son del orden de 15 %.
Debe tenerse un gran cuidado en la selección de este tipo de lámparas pues su
aplicación en el alumbrado de vialidades nunca resultara ni la solución más eficaz, ni la
más económica; sin embargo, resulta una excelente selección para la mayoría de
aplicaciones en industrias, centros comerciales o parques deportivos sobre todo por la
calidad de color.
3.4.3 Vapor de Sodio de Alta Presión.
El desarrollo de la cerámica en la era espacial ha permitido el uso de materiales que
soportan temperaturas del orden de los 2000º C con lo cual es posible evaporar sodio
a alta presión teniendo un flujo luminoso con una cromaticidad bastante aceptable y
muy alta eficacia.
En realidad estas lámparas incluyen en su diseño un alto grado de desarrollo
tecnológico que las hacen extremadamente confiables en su operación.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
15
Alumbrado de Vialidades
La eficacia luminosa desde un mínimo de 82 Lm/W para lámparas de amplio espectro
de color hasta 110 Lm/W en las comúnmente empleadas en el alumbrado de
vialidades, con 24000 h de vida útil nominal y una depreciación del flujo luminoso
menor a 10% al final de su vida útil.
Las características ya señaladas, aunadas al tamaño del bulbo que permite un fácil
manejo del flujo luminoso, permiten comprender porque estas lámparas se mantienen
actualmente en la preferencia para ser usadas en el alumbrado de vialidades.
3.4.4 Vapor de Sodio de Baja Presión.
La eficacia en este tipo de lámparas puede alcanzar 183 Lm/W pero debido a que el
flujo luminoso es monocromático su aplicación queda restringida únicamente a
vialidades con flujo vehicular de alta velocidad, especialmente apropiadas en zonas con
neblina, debido a que su luminosidad es la que mejor penetración tiene en este medio.
Aún cuando la eficacia luminosa parece muy atractiva debe tomarse en cuenta que su
vida útil nominal es del orden de 12000 h, así como su débil construcción física por
tratarse de una U en vidrio de gran longitud con contactos en los extremos,
requiriendo un soporte cuidadoso para resistir las condiciones de operación a la
intemperie y expuestas a vibraciones del tráfico y el viento.
3.5
Diodo emisor de luz (LED).
Es un dispositivo semiconductor que emite luz monocromática cuando se polariza en
directa y es atravesado por la corriente eléctrica. El color depende del material
semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el
ultravioleta pasando por el espectro de luz visible hasta el infrarrojo. El flujo luminoso
es puntual.
Por el momento su uso más importante es en la señalización vial, semáforos y rutas,
con gran ventaja por el flujo dirigido que emiten, permitiendo un total
aprovechamiento de la luz emitida, también se usa con gran ventaja en el alumbrado
de ornato, su eficacia es muy variada desde 15 lm/W hasta 60 lm/W, pero su vida útil
puede llegar hasta 80000 h. Con lo atractivo de sus características existe un gran
empeño para desarrollar aplicaciones útiles en el alumbrado de vialidades.
3.6
Lámparas de Inducción.
Son lámparas sin electrodos que usan un campo electromagnético para iniciar y
mantener la descarga, este campo es generado por un equipo de radio frecuencia que
envía una corriente eléctrica a una bobina de inducción que genera el campo que
excita al gas mercurio produciendo el mismo efecto que en las lámparas fluorescentes.
Sus características son muy semejantes, su gran ventaja es una vida útil de hasta
100000 h, una desventaja es la posible interferencia electromagnética que genera y
requiere de luminario especial. Existen en potencias de 55 W, 85 W y 135 W.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
16
Alumbrado de Vialidades
4.
EFICIENCIA.
Después del recorrido por las fuentes luminosas de las que se dispone actualmente, y
que representan la evolución paulatina de la tecnología en materia de fuentes
luminosas durante cien años para alumbrar vialidades, es necesario tomar en
consideración la eficiencia en el sistema de alumbrado completo.
En primer lugar tomaremos en consideración la eficiencia en el flujo luminoso
procedente de una fuente, sobre la vialidad que se desea alumbrar, para lo cual se
requiere de un luminario.
En segundo lugar se considera la eficiencia de los equipos auxiliares indispensables
necesarios para alimentar las lámparas para su adecuada operación, balastros en las
que estos son necesarios.
En tercer lugar tener es importante la eficiencia en la instalación eléctrica, desde un
punto de acometida hasta todos los equipos de alumbrado, por medio de conductores
eléctricos (alambrado) formando circuitos, cada uno con su protección y control de
encendido y apagado.
4.1
Luminarios.
Ya en el resumen histórico se menciono que uno de los primeros pasos en el
alumbrado de vialidades consiste en proyectar el flujo luminoso que emite la fuente
sobre la vialidad; de acuerdo con los principios de la física se tiene:
•
•
•
La reflexión; un rayo luminoso que incide sobre una superficie muy pulida
(especular, esto es, refleja lo más cercano al 100% de la luz que incide) se
refleja con el mismo ángulo que incidió.
La refracción; es el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar de un
medio a otro, por ejemplo a través de un prisma o en este caso de un cristal
apropiado.
La difusión; es la fragmentación de un rayo luminoso en múltiples rayos al
incidir sobre un reflector mate (no especular), o al atravesar una superficie
opaca.
Conocemos como luminario un dispositivo en el cual existen los elementos necesarios
para sostener y fijar una o varias lámparas y protegerlas, que a su vez contiene
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
17
Alumbrado de Vialidades
elementos para sujetarlo en una posición elevada para que distribuya, sea
directamente mediante un reflector, un refractor o ambos, y un difusor en su caso, el
flujo luminoso de ellas, contando al mismo tiempo con los elementos necesarios para
conectarlas a la alimentación eléctrica.
A continuación se describen puntos muy importantes que hay que tomar en cuenta,
como son:
4.1.1- En un nivel técnico:
1.-
Necesidad de usar un luminario cerrado.
En vialidades siempre será mejor solución el empleo de luminarios cerrados, tomando
en cuenta las condiciones de intemperie, lluvia, polvo y contaminación ambiental que
influyen directamente en la eficiencia y en el mantenimiento de la iluminación.
2.-
Luminario sellado.
El uso de luminarios sellados tiene mucho que ver con los materiales empleados y la
capacidad de disipación del calor generado por la lámpara y el balastro.
En el caso de requerir que este ventilado, se debe observar que las ventilas cuenten
con filtros para evitar el ingreso de impurezas, ya que los cambios de temperatura por
el ciclo de trabajo de la unidad producen un efecto de flujo de aire hacia adentro o
hacia afuera en el luminario.
4.1.2- Desde el punto de vista óptico.
1.-
El tipo y la potencia de la lámpara.
Ya se ha señalado en el capítulo anterior la importancia de seleccionar las lámparas de
mayor eficacia, con menor depreciación luminosa y mayor vida útil, debe tomarse muy
en cuenta su construcción física puesto que nunca faltaran condiciones adversas ya sea
atmosféricas como el viento y la lluvia, o vibraciones producidas por el transito de la
vialidad. El tipo de fuente luminosa obliga el diseño de la óptica del luminario.
2.-
La distribución del flujo luminoso y altura de montaje.
Cada fabricante especializado ha creado un luminario que produce una distribución del
flujo luminoso adecuado a su aplicación, se tratara de extender el flujo a lo largo y
ancho de la vialidad; la intensidad del flujo luminoso siempre estará en función de la
altura de montaje, se tratara de evitar toda molestia visual, deslumbramiento, a los
usuarios para con esto obtener el máximo confort visual; las curvas de intensidad del
flujo luminoso son trazadas en pruebas fotoeléctricas de laboratorio (curvas iso-lx)
para cada unidad, de esta manera se facilita la selección.
3.-
El factor de utilización.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
18
Alumbrado de Vialidades
El porcentaje de flujo luminoso que se puede aprovechar en la vialidad tanto en el
arroyo como del lado de la acera es presentado en las curvas de las especificaciones
correspondientes relacionadas con la altura de montaje y con la distancia transversal
de la vialidad; este valor finalmente es la EFICIENCIA LUMINOSA que expresa el
grado de aprovechamiento del flujo luminoso de la lámpara a través del luminiario
propuesto.
4.-
El material y el comportamiento de los dispositivos ópticos.
La selección de un buen material apropiado en el reflector y el refractor de un
luminario impedirán su rápido deterioro y la necesidad de un pronto reemplazo.
5.-
El mantenimiento de las características ópticas.
Muy aparejado con el punto anterior esta el mantenimiento de las características y
eficiencia del luminario.
4.1.3- Desde el punto de vista eléctrico y térmico.
1.-
La temperaturas de operación de la lámpara y del balastro.
Como se ha mencionado el bulbo de una lámpara de vapor de sodio de alta presión
puede alcanzar altas temperaturas, de hasta 2000°C, por lo que la envolvente puede
llegar a 400ºC; temperatura que se debe tomar en cuenta para el diseño del
luminario; igualmente si el luminario tiene incluido el balastro (autobalastrado), se
tendrá en cuenta la necesidad de disipar el calor que las pérdidas eléctricas del
balastro generan sumadas al calor generado por la lámpara.
2.-
Calidad de la lámpara y del balastro.
Siempre se debe considerar que el sistema de alumbrado se fundamenta en dos
equipos, lámpara y balastro, que son verdaderas piezas de ingeniería, por lo cual se
debe investigar a fondo estos equipos, para seleccionar la mejor opción en cuanto a
calidad y características de operación y precio.
3.-
Calidad y seguridad de los contactos y materiales aislantes.
Gran parte de la vida útil de un luminario y de su operación confiable depende de la
calidad y seguridad de los materiales y de la construcción del casquillo porta lámpara y
de los aislamientos de este, así como de los contactos eléctricos, debe tomarse en
cuenta la temperatura de operación de dichos materiales.
4.-
Los conductores eléctricos que soporten las altas temperaturas.
Nuevamente recordamos que un luminario puede trabajar a muy altas temperaturas
por lo que los cables de conexión de los balastros y las lámparas serán especiales,
adecuados para trabajar a altas temperaturas.
4.1.4- Desde el punto de vista mecánico.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
19
Alumbrado de Vialidades
1.-
Dimensiones del luminario y peso.
Que tenga las mínimas dimensiones para su correcto funcionamiento tomando en
cuenta que se encontrara a una gran altura y sujeto a la acción del viento.
2.-
Calidad y tipo de materiales de construcción.
Lo menos que se espera de un luminario es una larga vida que seguramente depende
del material con que este construido y su resistencia a las inclemencias de la
intemperie y también al vandalismo.
3.-
Rigidez y robustez del cuerpo del luminario.
¿Como es posible asegurar las características de operación de un luminario si no esta
construido con un diseño y materiales que garanticen su rigidez y robustez?
4.-
Elementos de fijación.
Podría pensarse que este elemento no tiene mayor importancia en la selección de un
luminario; sin embargo, hay que tomar en cuenta que se instala a gran altura (casi
siempre a 9 m) y casi siempre por una sola persona por lo que una mano se usa en
sostenerlo y otra en fijarlo; en fin que no es una tarea fácil y si de un gran riesgo y
también este tiempo de fijación representa un costo importante.
5.-
Simplicidad y seguridad para las diferentes posiciones del portalámparas.
Hay mayor variedad de lámparas y vialidades que de luminarios por lo que la solución
propuesta por la mayoría de los fabricantes de luminarios depende de la inclinación del
portalámparas respecto del reflector del luminario, así es que la posición correcta
generalmente corresponde a ajustes en los elementos del portalámparas, por lo que
debe tenerse cuidado que para una solución planeada, estos ajustes deberán ser
simples, repetibles y seguros, obteniendo de esta manera óptimos resultados.
6.-
Protección de la lámpara y accesorios.
Nunca verán una opinión mía a favor de los luminarios conocidos como suburbanos
(luminario abierto por abajo) considerados baratos y por supuesto de muy baja
calidad, con los que han hecho fracasar infinidad de sistemas de alumbrado de
vialidades, como por ejemplo en Chalco, en el Estado de México, que a los tres meses
de instalado con lámparas de vapor de sodio de alta presión, más del 50% de las
lámparas se habían fundido por la falta de protección de la lámpara junto con el polvo
de las vialidades y las inclemencias del tiempo; mucho cuidado, en el alumbrado de
vialidades “lo barato cuesta caro”.
7.-
Resistencia a la corrosión y vibraciones.
Probablemente en un 90% del tiempo de uso de un sistema de alumbrado de
vialidades su operación se desarrolla en condiciones normales por lo que los materiales
de que consta el sistema fácilmente resistirán, pero deben tomarse en cuenta las
condiciones de operación que pueden presentar situaciones extraordinarias así, la
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20
Alumbrado de Vialidades
flexibilidad propia del acero en un poste de 9 m ocasiona vibraciones originadas ya sea
por el viento o por el transito vehicular que pueden presentar condiciones
excepcionales críticas. Del mismo modo las lluvias y el propio ambiente pueden
producir problemas de corrosión; que decir cuando se instalan sistemas en ambientes
muy agresivos a la corrosión como en las orillas de playa y cuando los vientos atacan
al luminario en la punta de un poste demasiado débil y flexible, de veras que hay que
hacer ingeniería para protegerse en todos estos casos.
4.1.5- Desde el punto de vista operativo.
1.-
La facilidad de reemplazo del luminario.
Que mejor que sustituir luminarios que fallan en vez de tratar de investigar la causa de
la falla allá en las alturas, en verdad es mucho más efectivo y económico retirar el que
está fallando y colocar uno probado en el laboratorio, aquí se ve la importancia de
poder efectuar el reemplazo con facilidad.
2.-
La facilidad de reemplazo de la lámpara y balastro.
Se ha dicho la importancia de dar el mantenimiento a un sistema de alumbrado
efectuando el reemplazo del luminario completo, pero aún en el laboratorio el tiempo
de desarmado de lámparas y balastros, ya sea para pruebas o para reemplazo, es muy
importante.
3.-
La facilidad de limpieza y mantenimiento.
Un luminario en tierra, a la altura del suelo, es decir en un laboratorio se puede dejar
como nuevo y desde luego aquí se aprecia la facilidad de poder hacerlo.
4.1.6- En resumen
Cualquier tipo de luminario debe satisfacer los objetivos siguientes:
Distribuir el flujo luminoso eficientemente; que el flujo emitido por la lámpara
debe distribuirse de tal forma que se obtengan los resultados deseados, y con máximo
aprovechamiento, asegurando que las lámparas mantengan sus características de
flujo, duración, intensidad y tensión de operación cercanas a las características
nominales.
Controlar el flujo luminoso para evitar toda molestia visual a los usuarios y con
esto obtener un apropiado confort visual.
En este punto conviene saber que en los luminarios, dentro de la variedad de
clasificaciones que existen, hay una que se basa principalmente en el control vertical
del flujo luminoso, (ángulo del flujo máximo con respecto a la vertical) como sigue:
•
Haz cortado (Cut-off) dirección de intensidad máxima inferior a 65º
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
21
Alumbrado de Vialidades
•
•
Haz semi cortado (Semi cut off) dirección de intensidad máxima inferior a 75º
Haz no cortado (Non cut off) dirección de intensidad máxima más de 75°
Esta clasificación está en relación con el deslumbramiento o confort visual,
desgraciadamente se está abusando al seleccionar los luminarios sin ningún criterio de
ingeniería y solo tomando en cuenta el costo inicial, pues para el tipo haz cortado no
se requiere de un refractor, usando solamente de un cristal plano o liso; por lo que su
costo es inferior al de un luminario con refractor; sin tomar en cuenta que si no se
mantiene limpio este cristal, la suciedad produce un efecto espejo, reflejando el flujo
luminoso hacia la lámpara y produciendo una sobre excitación que la destruye, a más
que un haz cortado o semi cortado mantendrá la mayor intensidad de su flujo
solamente sobre el tránsito de vehículos, dejando las aceras donde transitan peatones
e inclusive el entorno en el que transitan, en casi una total oscuridad; no hay que
olvidar que este tipo de luminarias se diseñaron para aplicación en vías rápidas y
carreteras en las que el flujo peatonal es nulo.
Un ejemplo de este problema lo tenemos en el centro histórico de la Ciudad de Puebla
donde en una modernización del alumbrado de sus calles mantiene en la penumbra las
fachadas de las casas antes admiradas por ser “Patrimonio de la Humanidad”. Otro
ejemplo es el Paseo de la Reforma en la Ciudad de México que ha cambiado el
alumbrado que permitía admirar su belleza por un alumbrado que alumbra
especialmente la vialidad vehicular.
Tener las características eléctricas y mecánicas de acuerdo a su propio uso, en
particular las que permitan la seguridad de las personas tanto usuarios como de
mantenimiento.
Proteger y mantener en condiciones óptimas las lámparas, dispositivos ópticos y
eléctricos contra la acción de la intemperie o de agentes del medio ambiente para
evitar perjudicar su eficiencia luminosa.
Los luminarios para alumbrado de vialidades, deben de cumplir, como mínimo, con las
normas técnicas y de calidad que regulan las características mecánicas y eléctricas de
los elementos que la constituyen. Para tal efecto se deben efectuar pruebas de los
diferentes parámetros en laboratorios acreditados.
4.1.7- Eficiencia luminosa
Dependiendo de los tipos de vialidades los factores de utilización de los luminarios de
mayor calidad del tipo haz no cortado, para avenidas de 11 m de ancho pueden
alcanzar eficiencias del flujo luminoso de los luminarios del orden de 45%, no así para
luminarios tipo haz cortado en los que su eficiencia o factor de utilización puede ser del
orden de 30% del flujo luminoso de la lámpara, siendo esta un área de oportunidad
para desarrollos de Ingeniería que puede producir grandes ahorros de energía.
Para alumbrar vialidades del tipo “Vialidad secundaria residencial tipo B” es común
pensar en luminarios tipo esfera. En su selección es probable que comercialmente se
anuncie como de muy alta eficiencia pues prácticamente todo el flujo luminoso de la
lámpara sale al exterior pero hay que cuidar dos inconvenientes; uno que gran parte
del flujo es hacia el cielo y otro es que por su altura de montaje se pueden tener
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
22
Alumbrado de Vialidades
problemas de deslumbramiento. Es recomendable analizar cuidadosamente las curvas
fotométricas es decir el flujo luminoso.
4.2
Balastros.
En las lámparas de descarga de alta intensidad, vapor de sodio incluidas, por tratarse
del paso de una corriente eléctrica en un gas se provoca un cortocircuito ya que tiene
un valor de resistencia prácticamente nulo por lo que tiende a ser incontrolable, este
tipo de lámparas requieren de un balastro para controlar el flujo de corriente mediante
la limitación con una carga resistiva, inductiva o capacitiva o dos o tres de ellas, para
que mediante la regulación de la tensión de operación dentro de límites que en su
valor máximo impidan la destrucción de la lámpara y en su valor mínimo no permitan
que se interrumpa el flujo y se apague el arco, se logre una operación estable con un
flujo ideal que a su vez proporcione la máxima eficacia de la lámpara; también el
balastro tiene la función de proporcionar una tensión de arranque o de disparo, capaz
de producir la ignición del gas para establecer el flujo de la corriente.
La energía consumida por este equipo inseparable de la lámpara, resta eficiencia al
sistema de alumbrado en este tipo de lámparas y siempre se debe tomar en cuenta
para el funcionamiento del circuito en el consumo total de potencia, sumando a la
potencia de la lámpara la potencia consumida por el balastro.
A diferencia de las lámparas de vapor de mercurio en las que para cada una de ellas
existe un punto exacto de operación optima y solo se pide una forma de onda con un
factor de cresta máximo, del mismo modo que en las lámparas de aditivos metálicos, y
que para el arranque cuentan con un electrodo auxiliar dentro del tubo donde se
desarrolla el arco; en las lámparas de vapor de sodio de alta presión debido a su
construcción, el balastro requiere de un circuito auxiliar que genera pulsos de arranque
de aproximadamente 2000 V a 4000 V, con el único objetivo de encender la lámpara,
este dispositivo denominado “ingnitor” esta constituido de elementos semiconductores
que durante el inicio del arco en la lámpara se conecta al circuito y cuando se ha
establecido el arco se desconecta.
En el caso especifico de los balastros para lámpara de vapor de sodio de alta presión,
la regulación no se especifica por un simple punto debido a que la tensión en el tubo
de descarga, por el cambio de temperatura, se incrementa durante la operación de la
lámpara, entonces para mantener la potencia de la lámpara constante a una
determinada tensión nominal es necesario que el balastro compense dicho aumento en
la tensión de la lámpara para sostener la operación óptima de la misma,
consecuentemente existen límites establecidos por los fabricantes en tensión y en
potencia consumida que restringen la operación de la lámpara y restringen la
operación del balastro, dichos límites reciben el nombre de “trapezoide de operación”.
En resumen se puede definir el balastro como un dispositivo eléctrico que por medio de
inductancias, capacitancias y/o resistencias, solas o en combinación, limita la corriente
de la lámpara al valor requerido para su operación correcta y proporciona la tensión y
corriente de arranque necesarios; esta misma función puede ser sustituida mediante el
empleo de circuitos electrónicos, inclusive con ventaja en todos los detalles por la
flexibilidad de su control, se comprende que los circuitos electrónicos requieren de muy
poca energía para su operación por lo que se reduce el consumo de energía eléctrica,
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
23
Alumbrado de Vialidades
además de poder llegar hasta la obtención de un control casi perfecto para la
alimentación a la lámpara.
Todas las lámparas de descarga de alta intensidad requieren de un balastro, que en el
comercio se conocen bajo dos tipos principales los magnéticos y los electrónicos.
4.2.1 Balastros magnéticos
a).Balastro tipo serie.- Balastro atrasado.- Su denominación se debe a que en la
forma de onda en la lámpara, la corriente va atrasada respecto a la tensión, este tipo
de balastro es el más sencillo pero su operación deja mucho que desear eléctricamente
a favor de la operación de la lámpara por su poca respuesta a las variaciones.
b).Balastro tipo auto transformador de alta reactancia.- El auto transformador de
alta reactancia permite encender una lámpara a cualquier tensión de línea, siendo su
corriente de encendido menor que la corriente nominal de operación, mantiene una
tensión de extinción alta, aunque no es recomendable por su operación con un bajo
factor de potencia, que afecta la operación de los alimentadores de los circuitos.
c).Balastro tipo auto transformador auto regulado.- (Auto transformador de
potencia constante C.W.A.).- Este es el tipo comúnmente usado sobre todo en su
versión de alta eficiencia, este circuito siempre opera con un alto factor de potencia ya
que cuenta con una capacitancía la que también en combinación con el circuito
inductivo proporciona un mejor control sobre la operación de la lámpara, las pérdidas
según su construcción y precio se mantienen entre un 16% y un 12%.
d).Balastro tipo transformador de potencia constante.- En este tipo de balastro se
mantienen las características del tipo anteriormente descrito pero ya que no existe
conexión eléctrica entre en el primario y el secundario, se tiene la ventaja de obtener
una mayor seguridad del usuario, sobre todo para el personal de mantenimiento.
4.2.2 Balastros electrónicos
a).El desarrollo de ingeniería y perfeccionamiento en este tipo de balastros ha sido
tan rápido y en constante mejora, como lo es el desarrollo de los propios elementos
electrónicos, de tal manera que actualmente la oferta de este tipo de balastros es muy
variada, manteniendo las pérdidas de operación dentro de un rango del 9% al 11%.
b).Balastros TRANSCOM, con este nombre quiero designar un balastro electrónico
desarrollado por un grupo de Ingenieros de las Universidades Poblanas coordinados
por el Ing. Manuel Maza González, con patente internacional, que a mi modo de
entender es por el momento el máximo adelanto en el desarrollo de balastros
electrónicos; a la venta en el mercado mundial globalizado bajo distintas marcas muy
reconocidas, en pruebas de demostración se aprecian su capacidad de operación, su
respuesta (flexibilidad) de adaptación a diversas condiciones de alimentación eléctrica
+70% de V o -70% de V, sobre todo dos características muy interesantes, una es que
cuenta con un bloque de control que permite seleccionar 38 funciones diferentes
preprogramadas y/o que aceptan instrucciones a control remoto. La otra es que la
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
24
Alumbrado de Vialidades
salida de tensión hacia la lámpara es a una frecuencia superior a los 60 Hz lo cual
permite mejorar la eficacia de la misma.
Mediante el control de funciones, tiene también capacidad para controlar y dosificar la
potencia consumida por la lámpara obteniendo una mejora de la vida útil de 24000 h a
36000 h; el mismo control sobre las funciones programables mantiene un monitoreo
constante de las características eléctricas de entrada y de salida lo que permite tener
control sobre el arco de descarga de la lámpara.
Con este tipo de balastro electrónico es posible lograr una operación de la lámpara
dentro del rango de potencia más bajo sin afectar el flujo luminoso optimo y con un
Factor de Potencia de 99%, lo cual permite obtener un ahorro de energía, además de
que por sus características de construcción se puede emplear en lámparas de vapor de
sodio de alta presión (V.S.A.P.) y en lámparas de descarga de alta presión (H.I.D.) con
arranque por pulsaciones (pulse arc) o con electrodo de arranque; la distorsión
armónica en corriente es de un 7% y en tensión de 1% a 2%.
Todos los balastros electrónicos producen una distorsión armónica que afecta la calidad
de servicio de la energía eléctrica creando algunos problemas de operación cuando no
son tomados en cuenta, por lo que es muy importante al adquirir balastros revisar la
información del fabricante seleccionando los que tengan valores bajos.
4.3 Infraestructura eléctrica
Para el diseño de la infraestructura eléctrica, se debe considerar como punto
primordial, la seguridad del operario tanto en la etapa de la instalación, como para el
mantenimiento del sistema. Adicionalmente a lo anterior, se deben tomar en cuenta
las facilidades de líneas de alimentación y capacidad con que cuenta la compañía
suministradora en sus líneas de distribución.
Cuando se tiene el proyecto de iluminación en una primera fase o sea cuando se
determinaron el número de luminarios, la ubicación de los arbotantes (distancia
interpostal, altura de montaje, etc.), y la potencia de la lámpara, se procede de la
siguiente forma:
a).Se agrupan las lámparas en circuitos, de tal forma que la capacidad total del
número de ellos más las pérdidas de los balastros no exceda la capacidad del contactor
normalmente utilizado.
b).Se localiza y se ubica el centro de carga o punto de alimentación, donde se
recibirá la energía proporcionada por la compañía suministradora.
c).Se procede al cálculo del circuito eléctrico, determinando el calibre y tipo del
conductor eléctrico, de acuerdo con la carga del circuito, el tipo de sistema de
distribución y la capacidad de la combinación de alumbrado.
d).Por ultimo, se calcula la caída de tensión en los conductores al punto mas
alejado del centro de carga, la que es recomendable que no exceda el 5% en total
desde el punto de la acometida, ya que estas pérdidas se reflejan directamente en la
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
25
Alumbrado de Vialidades
eficiencia del sistema; es importante señalar que estas pérdidas se adicionan a las ya
señaladas del balastro que también afectan la eficiencia de operación y por tanto se
reflejan en el costo de operación.
Aún cuando parece muy conveniente construir los circuitos de alimentación para el
alumbrado de vialidades en canalización subterranea, perfectamente localizados con
sus registros y cableados con conductores de cobre adecuados; el vandalismo, esto es:
el robo directo de los conductores debido a su alto valor en el mercado negro; hace
recomendable el uso de conductores de aluminio clasificados para ser enterrados
directamente y usar un registro en el poste, llegando los conductores hasta una tablilla
de conexiones dispuesta en él, para desde ahí continuar el circuito. De este modo
parece que el costo de instalación y las pérdidas económicas, así como la continuidad
del servicio lo justifican, sin detrimento de la operación eléctrica.
4.4 Dispositivos de control
Que mejor modo de controlar el encendido y apagado de un sistema de Alumbrado de
Vialidades que el empleo de un sensor que detecte la necesidad de mantener un nivel
de iluminación cuando el ambiente lo requiere y lo mismo de apagarlo cuando el
ambiente detecta que ya no es necesario, para lo cual contamos con detectores
sensibles a la luz.
Fotocontroles.
Dispositivos eléctricos diseñados para abrir o cerrar automáticamente un circuito
eléctrico, con el propósito de encender una o varias lámparas al disminuir la intensidad
de la luz del día y de apagarlas al aumentar la luz del día al amanecer.
Aplicación:
A).Para control de una sola lámpara.
B).Para control directo de varias lámparas conectadas en un mismo circuito.
C).Para el control de varios circuitos de alumbrado en un conjunto relevador –
contactor.
En los dos primeros casos, se debe asegurar que la capacidad de las lámparas no
excedan la capacidad permisible para la interrupción de la corriente máxima permitida
por el elemento interruptor del fotocontrol.
Las combinaciones de alumbrado y protección del circuito, relevador – contactor, son
muy convenientes ya que se utilizan para el control de circuitos múltiples con dos o
más luminarios por circuito.
En la actualidad con la utilización de balastros electrónicos que admiten señales a
distancia existe la posibilidad de montar receptores en cada uno de los luminarios y
efectuar su control desde un centro remoto de modo que pueda obtenerse una
operación a máxima eficiencia en cada uno de los luminarios. Se comprende que para
este tipo de operación a distancia, los circuitos de alimentación conviene que cuenten
con su protección por sobrecarga y por falla a tierra, y sobre todo lo que es
fundamental, que cuenten con medición de consumo de energía a la entrada del
suministro, igual que en todos los circuitos alimentadores de Alumbrado de Vialidades.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
26
Alumbrado de Vialidades
5.
CALIDAD DE UN ALUMBRADO DE VIALIDADES
En este punto tratare de desarrollar cuales son las cualidades de un Alumbrado de
Vialidades que en alguna forma nos permiten calificar su calidad, tomando como punto
de partida el objetivo que tiene dicho alumbrado.
5.1
Objetivo de un Alumbrado de Vialidades.
El propósito del alumbrado de vialidades es el de proporcionar una visión rápida,
precisa y confortable durante las horas de la noche o bajo condiciones de obscuridad.
Estas cualidades de visión pueden salvaguardar, facilitar y fomentar el tráfico vehicular
y peatonal, favoreciendo la seguridad de las personas y sus propiedades.
Para lograr esto, los niveles de iluminancia deben ser determinados adecuadamente
debido a que:
•
La eficiencia visual es muy baja en la noche.
•
Las características de operación del ojo humano varían con las diferentes
intensidades de flujo luminoso y el nivel de iluminación.
•
La percepción varía en función de la velocidad de circulación.
•
La iluminación nocturna proporciona visibilidad a los usuarios, sea tráfico
vehicular y/o peatonal.
•
La capacidad de percepción del individuo decrece con la edad.
5.2
Criterios de calidad en el alumbrado de vialidades
5.2.1 Antecedentes
Iniciamos con cuatro definiciones básicas.
Iluminancia (E=dΦ/dA). Es la relación del flujo luminoso incidente en una superficie
por unidad de área, la unidad de medida es el lux (lx).
Luminancia (L). La luminancia en un punto de una superficie y en una dirección dada,
se define como la intensidad luminosa de un elemento de esa superficie, dividida por el
área de la proyección ortogonal de este elemento sobre un plano perpendicular a la
dirección considerada. La unidad de medida es la candela por metro cuadrado (cd/m2).
Confort visual. Grado de satisfacción visual producido por el entorno luminoso.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
27
Alumbrado de Vialidades
Deslumbramiento. Condición de visión en la cual existe incomodidad o disminución en
la capacidad para distinguir objetos, debido a una inadecuada distribución o
escalonamiento de luminancias, o como consecuencia de contrastes excesivos en el
espacio o en el tiempo.
Los criterios para el diseño del alumbrado de vialidades se han basado en el concepto
de iluminancia horizontal. Sin embargo, el criterio de cálculo de la luminancia del
pavimento y el deslumbramiento perturbador, proporcionan una mejor correlación con
la orientación visual facilitando calificar la calidad del alumbrado de la vialidad. La
iluminancia es la base primordial del alumbrado de vialidades pero el criterio de
luminancia está incluido como una alternativa que permite precisar mejor una solución.
Las necesidades fundamentales de un alumbrado pueden expresarse en términos de
percepción visual y a partir de esta necesidad de percepción visual se establecen los
criterios fundamentales de calidad en un alumbrado de vialidades.
5.2.2 Criterios de Calidad de percepción
1.El primer criterio se refiere a la relativa capacidad de los sistemas de
iluminación de proporcionar las diferencias de contraste que permitan que el usuario
pueda detectar y/o reconocer en forma más rápida, precisa y confortable los detalles
principales para la tarea visual.
2.Para obtener una mejor calidad de iluminación, se deben considerar los dos
factores siguientes que se interrelacionan:
•
Los deslumbramientos molestos y perturbadores deben ser reducidos al
mínimo.
•
La uniformidad de la iluminación debe tender a un máximo
3.En algunos casos, los cambios encaminados a optimizar un factor relacionado
con la calidad, puede afectar adversamente a otros factores y en consecuencia la
calidad total resultante de la instalación puede verse disminuida.
Con el objeto de lograr un apropiado balance entre estos factores, existen algunas
recomendaciones que cubren los siguientes aspectos:
a).- Revisar la distribución del flujo luminoso del luminario sobre un plano horizontal
con relación a la distribución del flujo vertical hacia el frente y hacia los lados.
b).- Revisar la altura de montaje como una función de la máxima potencia luminosa
del luminario.
c).- Revisar relación de la iluminancia promedio de la vialidad con el valor mínimo de
iluminancia en cualquier punto, igualmente la relación de iluminancia máxima en
cualquier punto con la iluminancia mínima, procurando un valor adecuado (el menor
posible).
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
28
Alumbrado de Vialidades
d).- Localizar los luminarios de forma uniforme con relación a los elementos de la
vialidad.
4.En un sistema de alumbrado de vialidades debe considerarse el consumo de
energía total de la lámpara – luminario - balastro - alimentadores como un elemento
muy importante para su calificación ya que representa la eficiencia de operación.
Para la iluminación de una vialidad según un uso especifico y según el ancho de la
misma, se tiene un valor máximo del consumo de energía eléctrica a usar por área
iluminada de vialidad, limitado por la Norma Oficial Mexicana NOM-013-ENER-2004 de
ahorro de energía en forma de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado, DPEA,
potencia eléctrica empleada por unidad de área iluminada, W/m2.
Los valores máximos permitidos de DPEA para iluminación de vialidades fluctúan entre
0,17 W/m2 para un nivel de iluminación promedio mantenido de 3 lx y ancho de calle
de 12 m, hasta un valor máximo de DPEA de 1,17 W/m2 para un nivel de iluminación
promedio mantenido de 17 lx y ancho de calle de 7,5 m, con una nota que advierte
que el nivel de iluminación a utilizar depende del tipo de vialidad a iluminar, debiendo
cumplir con lo establecido en el artículo 930 de la NOM-001-SEDE-2005, la cual
establece valores mínimos promedio mantenidos.
5.2.3 Niveles de luminancia e iluminancia
Debido a que estos niveles mínimos de luminancia o de iluminancia, tomados de la
experiencia a nivel mundial, iguales a los establecidos por el IES y CIE para los mismos
usos específicos, se encuentran regulados por la Norma Oficial Mexicana NOM-001SEDE-2005 en su Artículo 930, a continuación me permito copiar lo señalado en ella, y
de este modo, viendo los parámetros considerados en este artículo y sus valores,
podremos deducir, como su cumplimiento obliga a obtener un alumbrado efectivo,
eficiente y de calidad.
930-5. Especificaciones auxiliares
a) Reflectancia del pavimento. Se deben considerar las características de reflectancia del
pavimento para el cálculo de luminancia de una vialidad, las cuales son mostradas en la Tabla
930-5(a).
TABLA 930-5(a).- Características de reflectancia del pavimento
Clase
R1
Qo
0,10
R2
0,07
R3
0,07
R4
0,08
Descripción
…………Tipo de reflectancia
Superficie de concreto, cemento portland, superficie
Casi difuso
de asfalto difuso con un mínimo de 15% de
agregados brillantes artificiales.
Superficie de asfalto con un agregado compuesto de
Difuso especular
un mínimo de 60% de grava de tamaño mayor que
10 mm. Superficie de asfalto con 10 a 15% de
abrillantador artificial en la mezcla agregada.
Superficie de asfalto regular y con recubrimiento Ligeramente especular
sellado, con agregados obscuros tal como roca o
roca volcánica, textura rugosa después de algunos
meses de uso (Típico de autopistas).
Superficie de asfalto con textura muy tersa.
Muy especular
NOTA: Qo representa el coeficiente de luminancia media.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
29
Alumbrado de Vialidades
930-6. Niveles de luminancia e iluminancia. Se permite que las necesidades visuales a lo largo
de las vialidades tipo autopistas, carreteras, vías principales, primarias y secundarias, puedan
darse en términos de la iluminancia o de la luminancia. La relación entre los valores de
luminancia e iluminancia se derivan de condiciones generales para pavimentos secos y vialidades
rectas. Esta relación no se aplica a los promedios. Para autopistas con doble carril por sentido de
circulación, donde el sistema de iluminación pueda diferir entre uno y otro, los cálculos deben
realizarse para cada sentido en forma independiente. Para autopistas, los valores mínimos se
aplican tanto a la vialidad como a las rampas de acceso.
a) Niveles de luminancia
1) Vialidades. Las necesidades visuales del entorno a lo largo de una vialidad en función de la
luminancia deben ser los descritos en la Tabla 930-6(a) que se muestra a continuación.
TABLA 930-6(a).- Valores mantenidos de luminancia
Clasificación de vialidades Luminancia
Uniformidad de luminancia
promedio mínima
Lprom (cd/m2)
Autopistas y carreteras
0,4
Vías de acceso controlado y
Vías rápidas
1,0
Vías principales y ejes viales 1,2
Vías primarias o colectoras
0,8
Vía secundaria residencial
Tipo A
0,6
Vía secundaria residencial
Tipo B
0,5
Vía secundaria industrial
Tipo C
0,3
Ld = Luminancia de deslumbramiento.
Lprom/Lmín
3,5 a 1
Relación de
luminancia de
deslumbramiento
Lmax/Lmin
Ld/Lprom
6a1
0,3 a 1
3a1
3a1
3a1
5a1
5a1
5a1
0,3 a 1
0,3 a 1
0,4 a 1
6a1
10 a 1
0,4 a 1
6a1
10 a 1
0,4 a 1
6a1
10 a 1
0,4 a 1
b) Niveles de iluminancia. Los niveles de iluminancia deben satisfacer los requerimientos
indicados en las Tablas 930-6(c) a la 930-6(f), según aplique. La Tabla 930-6(c) muestra los
valores de iluminancia en función de las características de reflectancia del pavimento.
TABLA 930-6(c).- Valores mínimos mantenidos de iluminancia promedio (lx)
Clasificación
de vialidades
Clasificación
del pavimento
R1 R2 y R3 R4
Autopistas y carreteras
4
Vías de acceso
controlado y vías rápidas
10
Vías principales y ejes viales
12
Vías primarias y colectoras
8
Vías secundaria residencial
Tipo A
6
Vías secundaria residencial
Tipo B
5
Vías secundaria industrial
Tipo C
3
Andadores alejados de Vialidades
Túneles de peatones
--(1) Medido a una altura de 1,6 m.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
Uniformidad de
Andadores
la iluminancia Iluminancia Iluminancia
Eprom/Emin promedio
vertical
horizontal
promedio para
mínima
seguridad (1)
3a1
-----
6
5
14
17
12
13
15
10
3a1
3a1
4a1
--10
---
--22
---
9
8
6a1
---
---
7
6
6a1
10
22
4
4
6a1
-----
6
5
43
11
5
54
---
---
30
Alumbrado de Vialidades
2) Túneles. Las Tablas 930-6(b) indican la forma para determinar los niveles de luminancia que
deben mantenerse en túneles.
El nivel de luminancia en la zona de entrada o umbral del túnel para iluminación diurna o
nocturna, debe determinarse teniendo en cuenta las condiciones indicadas en la Tabla 930-6(b)1y 2 y en la Figura 930-6(b)-1.
TABLA 930-6(b)-1.- Nivel de luminancia de pavimento, promedio mínimo mantenido
en la zona de entrada o umbral de túneles vehiculares (cd/m2)
Características del túnel
Velocidad del
Orientación
tráfico (km/h)
Norte
Este-Oeste
Sur
Vialidad abierta
escena tipo 1
100
300
410
550
escena tipo 2 LTH x 0,8*
80
250
350
470
escena tipo 3 LTH x 0,9*
60
260
240
255
túnel urbano
rampa T
cenas tipo 4, 5 y 6
100
80
60
260
220
195
240
220
210
255
220
180
túnel de montaña
100
240
260
270
escena tipo 7
80
200
220
230
escena tipo 8
80
180
190
200
Observaciones:
1. LTH = Luminancia de umbral o de entrada.
2. Los valores mostrados en esta tabla deben observarse únicamente para la luminancia en la
zona de entrada o umbral.
3. * estos factores representan la reducción permitida en los valores de la luminancia LTH
debido a la luminancia resultante de la configuración del portal. Las diferentes escenas se
indican en la Figura 930-6(b)-1
Longitud
del túnel
Menos
de25 m
25 m100 m
101 m250 m
Más de
250 m
TABLA 930-6(b)-2.- Porcentajes de aplicación de los valores indicados
en la Tabla 930-6(b)-1
Salida visible
Salida no visible
Penetración de luz de día
Penetración de luz de día
Buena
Pobre
Buena
Pobre
Reflectancia de las paredes
Reflectancia de las paredes
Volumen Ciclistas
Alta
Baja
Alta
Baja
Alta
Baja
Alta
Baja
de
tráfico
Ligero
No
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
SI
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
Pesado
No
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
SI
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
Ligero
No
0%
0%
50%
50%
0%
0%
0%
0%
SI
0%
0%
50%
100%
0%
0%
0%
0%
Pesado
No
50%
50%
50%
50%
50%
50%
100% 100%
SI
50%
50%
50%
100% 100% 100% 100% 100%
Ligero
No
50%
50%
50%
50%
100% 100% 100% 100%
SI
50%
50%
50%
100% 100% 100% 100% 100%
Pesado
No
50%
50%
100% 100% 100% 100% 100% 100%
SI
100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
Ligero
No
100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
SI
100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
Pesado
No
100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
SI
100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
31
Alumbrado de Vialidades
FIGURA 930-6(b)(1).- Tipos de escena indicados en la Tabla 930-6(b)(1)
Los niveles de luminancia en el interior del túnel para condiciones de luz diurna, debe cumplir
con lo establecido en la Tabla 930-6(b)(3).
TABLA 930-6(b)-3.- Nivel de luminancia promedio mínimo
Mantenido sobre la vialidad en la zona interior durante el día (cd/m2)
Luminancia promedio en la superficie de la zona interior
Flujo de tráfico en número de vehículos
Distancia de
PESADO
MEDIO
BAJO
frenado
Más de 24 000
Más de 2 400 y
Menos de 2 400
promedio anual de
menos de 24 000
promedio anual de
tráfico diario
promedio anual de
tráfico diario
tráfico diario
160 m
6 cd/m2
8 cd/ m2
10 cd/ m2
2
2
100 m
4 cd/ m
6 cd/ m
8 cd/ m2
60 m
3 cd/ m2
4 cd/ m2
6 cd/ m2
Para la Iluminación nocturna en el interior del túnel los niveles de luminancia a lo largo del túnel
durante la noche debe ser como mínimo de 2,5 cd/m2. las vitalidades de entrada y salida del
túnel deberán tener un nivel de luminancia no menor que 1/3 del nivel del interior del túnel al
menos por una distancia mínima a la de seguridad de frenado.
Las paredes laterales del túnel arriba de 3 m por encima de la superficie de rodamiento del
mismo, deberá tener un nivel mínimo de luminancia de 1/3 con respecto al existente en la
vialidad.
Relaciones de uniformidad. Las tolerancias de la relación de uniformidad relativa a los niveles
de luminancia en las diferentes zonas del túnel debe ser de 2 a 1, promedio a mínimo, y 3,5 a 1,
máximo a mínimo. Estas tolerancias se aplican a los carriles en una sola dirección y se calculan
en una sección transversal para túneles bidireccionales.
Se aprecia a través de los valores mínimos obligatorios y los parámetros señalados en
la NOM-001-SEDE-2005 la necesidad de obtener cualidades visuales del entorno a lo
largo de la vialidad descritas en términos de la luminancia de pavimento, uniformidad
de luminancia y el deslumbramiento producido por la fuente de luz, expresados como
valores de luminancia mínimos para el diseño, así como, la uniformidad y la relación
entre la luminancia promedio y la luminancia indirecta.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
32
Alumbrado de Vialidades
Los túneles o pasos a desnivel requieren valores de luminancia adecuados en el umbral
para evitar el efecto del agujero negro, esto es la pérdida de visión (ceguera
momentánea) al penetrar al túnel debido a una gran diferencia de luminancia entre el
exterior y el interior. A lo largo del túnel igualmente tienen gran importancia los
valores de luminancia que eviten deslumbramientos y sobre todo la uniformidad del
alumbrado para evitar el parpadeo que es muy molesto.
También según la NOM, la necesidades visuales a lo largo de la vialidad pueden
satisfacerse utilizando el criterio de iluminancia, como se señala en la tabla 930.6,
donde se indican los valores mínimos de iluminancia según la clasificación de las
vialidades a diseñar, considerando las diferencias según las características de
reflectancia del pavimento, uniformidad de la iluminancia y las necesidades de
iluminancia para el transito peatonal y la seguridad de los mismos.
Analizando profundamente los valores y los parámetros mínimos impuestos en las
Normas
Oficiales
Mexicanas
NOM-013-ENER-2004
y
NOM-001-SEDE-2005,
encontramos que su cumplimiento representa un criterio muy importante para la
construcción de Alumbrados de Vialidades de calidad pues inciden directamente en
todos los puntos de calidad señalados anteriormente.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
33
Alumbrado de Vialidades
6.
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
Un proyecto de alumbrado de vialidades para lograr el objetivo propuesto debe
calcularse la opción óptima en cuanto a altura de montaje y espaciamiento de los
luminarios, así como el nivel de luminancia o iluminancia requerida que cumpla con las
necesidades de la vialidad a iluminar, siempre tomando en cuenta los criterios para
lograr la calidad adecuada y forzosamente cumpliendo con lo ordenado en las NOMs.
Concretando; los criterios a emplear y el orden en que convine resolverlos para lograr
que el diseño para un alumbrado de vialidades sea con un adecuado nivel de calidad,
deben ser:
Considerar como uno de los primeros pasos fundamentales, el punto de vista del
rendimiento y confort visuales, representados por la selección de la lámpara y el
luminario, que a su vez nos llevan a la determinación de la altura de montaje y del
espaciamiento, es decir una altura del poste a la distancia interpostal conveniente.
Parece simple llegar al final de un diseño; escoger postes y decir a que distancia se
colocaran; más no es así porque cuando mencionamos que se deben considerar pasos
fundamentales, nos referimos a repasar uno a uno los criterios comentados en los
títulos 3, 4 y 5 de este trabajo, siguiéndolos casi en el mismo orden en que han sido
presentados, por lo cual es recomendable seguir el orden siguiente:
a) Eficacia de la fuente luminosa (depende de la lámpara)
b) Nivel de iluminancia (depende del factor de utilización del luminario)
c) Uniformidad de los niveles de luminancia o iluminancia (curvas iso-lx)
d) Eficiencia de los componentes del sistema (balastro, alambrado)
e) Investigar la óptima calidad de todos los elementos
f) Determinar la altura de montaje y distancia interpostal nominal de postes
g) Eficiencia de la geometría de la instalación para la orientación visual
h) Comprobar el cumplimiento con las NOM que establecen requisitos mínimos
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
34
Alumbrado de Vialidades
a) Eficacia de la fuente luminosa
La selección debe y tiene que hacerse con criterios 100% de ingeniería ya que si se
selecciona mal por el capricho de un propietario o de la autoridad en turno, el error
cuesta mucho dinero y es muy difícil de reparar, la experiencia me han enseña mucho
acerca de este punto, siendo por desgracia demasiado frecuentes este tipo de errores
y lo que es peor, cuando suceden, la mayoría de las veces el tratar de remediarlo a
medias resulta peor de costoso que el primer error.
b) Nivel de luminancia o iluminancia.
El nivel de luminancia en la superficie de una vialidad influye sobre la sensibilidad a los
contrastes del ojo del conductor y sobre el contraste de los obstáculos en la calzada
con respecto a su alrededor o entorno, mismo criterio que afecta también al transito
peatonal sobre todo para su seguridad; tiene por consecuencia, una influencia directa
sobre el rendimiento visual (exactitud y velocidad de visión) de los conductores o en
los peatones con la facilidad de identificación de las otras personas.
Los mínimos valores en la práctica permiten lograr estos propósitos, sin embargo
jamás hay que olvidar que los valores indicados ya deben incluir factores de
depreciación y de mantenimiento validos para el final de la vida útil de la lámpara o de
su reemplazo y del tiempo esperado para la operación del luminario sin ser atendido
para su mantenimiento.
Por lo señalado anteriormente caemos en la cuenta de la importancia de analizar muy
cuidadosamente, la selección del equipo de alumbrado.
c) Uniformidad de los niveles de luminancia o iluminancia.
La uniformidad de los niveles de luminancia o iluminancia de un alumbrado, influye
tanto en el rendimiento, como en la comodidad visual del conductor o transeúnte y por
tanto en su seguridad.
Aquí el análisis se basa en el estudio de la fotometría del luminario a seleccionar por lo
que en ningún caso se podrá diseñar un alumbrado sin contar con dicha información
avalada por algún laboratorio acreditado.
Inclusive se ha llegado al grado de instalar en dos o tres postes de prueba los
probables luminarios, lámparas y balastros a seleccionar y mediante mediciones de sus
características, comprobar los componentes que posean las mejores cualidades que
conduzcan a la mejor selección posible.
d) Eficiencia de los componentes del sistema (balastro, alambrado)
Las pruebas mencionadas en el paso anterior permiten conocer la eficiencia del equipo
de alumbrado pero ahora falta resolver como alimentar los equipos desde un punto de
conexión con el organismo suministrador.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
35
Alumbrado de Vialidades
Las pérdidas de energía por conducción hasta los equipos serán costos adicionales para
el sistema de alumbrado. Se tiene mucha razón cuando se piensa que a menores
pérdidas eléctricas en el circuito, mayor será el costo de instalación; por esto hay que
ser muy cuidadosos en el análisis de costo beneficio para elegir los alimentadores más
convenientes.
En este punto se debe tomar en cuenta el vandalismo que actualmente ha llegado al
extremo de desaparecer los conductores alimentadores en minutos; por lo que
conviene pensar; “de que sirve un análisis tan cuidadoso de pérdidas eléctricas si no se
evita la pérdida total de conductores”.
Una propuesta puede ser el empleo de conductores construidos para ser enterrados
directamente, en vez de usar ductos alambrados en sitio; también debe pensarse en la
desaparición de registros en el suelo o en banquetas y usar un registro en cada poste
con una tablilla de conexiones que permita derivar la alimentación al luminario y
continuar el circuito.
e) Investigar la adecuada calidad de todos los elementos
En los títulos anteriores se han hecho un gran número de consideraciones que
prácticamente si se toman en cuenta darán como resultado un buen análisis para
lograr una calidad óptima en el diseño de un alumbrado.
f) Determinar la altura de montaje y distancia interpostal adecuada
Al llegar a este paso casi habremos resuelto el diseño de un alumbrado de vialidades,
ya previamente hemos seleccionado una lámpara y un luminario que requieren
idealmente una altura de montaje y una separación entre ellos, en este momento para
la determinación final en el proyecto se van a tomar en cuenta, la topografía del
terreno, entorno de la vialidad, lugar ideal para la colocación de los postes, etc., para
plasmar la información en el plano, en el se señalan todas las características y
especificaciones del diseño.
Los árboles con el mejor alumbrado que puede existir que es el sol, son un gran
beneficio, desgraciadamente en el alumbrado de vialidades hay que evitarlos, porque
pueden ser un obstáculo para obtener un alumbrado adecuado.
g) Eficiencia de la geometría de la instalación para la orientación visual.
El diseño no puede darse por terminado sin acudir al lugar en el que será construido y
observar el entorno pensando sobre todo en una adecuada orientación visual para que
a los usuarios se les facilite reconocer el camino en especial en las zonas conflictivas
como curvas o cruceros en donde la orientación mal planeada puede ocasionar
soluciones conflictivas.
Los siguientes puntos tienen una importancia especial:
En autopistas con varias calzadas y camellón central se logra una buena
orientación visual, adicional a otras ventajas colocando los postes en él camellón
central.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
36
Alumbrado de Vialidades
Para indicar claramente el curso de la vialidad en una curva se deben colocar
los postes en su lado exterior. Lo anterior da como resultado que la vialidad tenga una
luminancia más uniforme y su dirección este claramente indicada por la hilera de
luminarios.
g) Comprobar el cumplimiento con las NOM
Los sistemas de iluminación para alumbrado público, deben de cumplir con las
necesidades visuales de tráfico nocturno, ya sea, vehicular o peatonal, tomando en
consideración la clasificación de la vialidad según su uso como establecen las NOM.
Conviene recordar las relaciones y las variables con las cuales finalmente queda
garantizada la calidad del diseño:
FLIL x FD x FU x FM
NIPM=-----------------------------AC x DI
NIPM= Nivel de Iluminancia promedio mantenido para una vialidad determinada (Lux)
FLIL= Flujo luminoso inicial de la lámpara seleccionada (Lumen)
FD= Factor de depreciación del flujo luminoso en el tiempo de uso (< 1)
FU= Factor de utilización del luminario seleccionado para un ancho determinado de la
vialidad (< 1)
FM= Factor de mantenimiento para el sistema diseñado (< 1)
AC= Ancho del arrollo de la vialidad a iluminar (m)
DI= Distancia interpostal (m)
Aquí vale la pena detenerse para reflexionar como el flujo luminoso de una lámpara se
convierte en una pequeña fracción al ser aplicado el producto de tres coeficientes
técnicos.
Para la eficiencia energética la NOM obliga a no rebasar el máximo valor establecido
para:
Carga total conectada para alumbrado (w)
DPEA = ------------------------------------------------------------Área total iluminada (m2)
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
37
Alumbrado de Vialidades
7.
CONTINUIDAD DE SERVICIO Y MANTENIMIENTO
Todos y cada uno de los componentes de un sistema de alumbrado deben
seleccionarse con el máximo cuidado pensando en que cada elemento o parte de él es
una pieza de ingeniería con muchas horas de pruebas y experiencia en campo que no
se deben despreciar si se pretende tener éxito en un alumbrado de vialidades.
Mientras no existan fallas en un alumbrado, no existirá quién reproche su
funcionamiento aunque si la calidad no cubre las expectativas si existirán muchas
críticas.
En un sistema bien planeado con una buena distribución de luminarios a distancias
interpostales correctas la falla de un luminario es soportable aunque sea por unos
pocos días, pero lo que absolutamente nadie soportará es la falla de un circuito
completo.
Se comprende la importancia de mantener la continuidad del servicio por encima de
todo.
Respecto al mantenimiento como se señaló anteriormente, siempre será más
económico sustituir luminarios completos en el campo, para repararlos y darles
mantenimiento en un laboratorio preparado y equipado para proporcionar un servicio
completo a todo el equipo de alumbrado.
No hay mejor vigilante del servicio de alumbrado que los usuarios, por lo que cualquier
tiempo empleado en asistir por ejemplo a las estaciones de radio y de televisión,
solicitando la comunicación de todo lo que le ocurre a los ciudadanos con respecto a
sus necesidades de alumbrado, son muy importantes para proporcionar un excelente
servicio.
Esta es la mejor manera de mantener un control absoluto sobre un alumbrado:
1º - Inventario de equipos instalados localizables de forma inmediata con historial de
todas las características técnicas, antigüedad, comportamiento y reportes de falla.
2º - Duración de lámparas por marca.
3º - Duración de balastros igualmente por marca.
4º - Problemas con los luminarios consistente en llevar un historial de reportes de
falla clasificados y por lapso de tiempo que permitirá facilitar las tareas de
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
38
Alumbrado de Vialidades
mantenimiento
problemas.
y
reemplazo
de
equipos
defectuosos
que
originan
constantes
5° - Calidad del servicio del suministro de energía eléctrica; en este punto existen dos
tipos de fallas muy frecuentes que se derivan en graves problemas para el alumbrado
de vialidades.
Primero; los cortes de energía que afectan la vida de las lámparas directamente;
cuando una lámpara de descarga de alta intensidad se encuentra en condiciones
normales de operación y se interrumpe la alimentación eléctrica, inmediatamente se
interrumpe el arco de descarga pero la temperatura del gas y del bulbo que lo contiene
toman algunos minutos en enfriarse, si el corte de energía se restablece en un tiempo
más corto que el que tarda en restablecer el estado líquido en la lámpara, entrará en
operación el “ignitor” sin poder establecer el arco por lo que se mantendrá en
operación durante un tiempo superior al de diseño, pudiendo alcanzar su destrucción o
por lo menos un deterioro igual como sucede en el bulbo y que disminuye la vida útil
de la lámpara.
Segundo; las variaciones de tensión, enemigas de todos los aparatos y equipos
eléctricos. El suministrador protegido por la Ley y el Reglamento del Servicio Público
de energía eléctrica tiene un margen de operación para la tensión desde -10% hasta
+10% de V nominal o sea 20% de variación; que no existe equipo, ni eléctrico, ni
electrónico, que pueda trabajar correctamente con estas variaciones. Para el
alumbrado de vialidades si se quiere tener una continuidad de servicio deberán
especificarse siempre, reguladores de tensión con esa variación, lo cual ha encarecido
siempre el costo inicial y el costo por pérdidas de operación.
6º - Finalmente el problemas de vandalismo; la experiencia demuestra que la mayor
cantidad de fallas son consecuencia del vandalismo, llámese robo de equipos, robo de
conductores, simple corte de un alimentador porque molesta o interfiere con la
clientela de un antro o cualquier otro giro o que afecta una propiedad, o bien hacer
notar la falta de calidad en los servicios por razones de adversarios políticos, balazos a
los luminarios como competencia de tiro al blanco de puntada de borracho, etc.
La única posibilidad de defensa es la vigilancia de los vecinos para lo cual deben
tenerse abiertos cuantos canales de información sean posibles, en mi caso, llegue a
mantener un 95% del alumbrado en servicio gracias a la información ciudadana, del
5% restante en un 70% de los casos se debía al vandalismo.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
39
Alumbrado de Vialidades
BIBLIOGRAFIA
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“Estados, Puebla”, Tomo II, Araluce Editor, México, 1898.
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de Ventas, www.cfe.gob.mx
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“Manual de Alumbrado Público”, 1981.
Secretaría de Energía, Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005,
Instalaciones Eléctricas (utilización), “Art. 930”, DOF, 13/03/2006.
Secretaría de Energía, Norma Oficial Mexicana NOM-013-ENER-2004, Eficiencia
energética para sistemas de alumbrado de vialidades y áreas exteriores
públicas, DOF, 19/04/2005.
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de Alumbrado y Fuerza Motriz. Alemania, 7ª edición 1956.
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Nela Park,Cleveland, Ohio, U.S.A. TP-118, March 1965.
Large Lamp Department, General Electric, “footcandels in modern lighting”,
Nela Park,Cleveland, Ohio, U.S.A. TP-128, June 1965.
Miembros del Centro de Ingeniería y Diseño de Alumbrado, N. V. Philips
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Mazda, Compañía General Española de Electricidad, S.A., “Alumbrado Público”,
Madrid, 1980.
Revista Internacional de Luminotecnia, 1962 año XII, No.1 al 1976, Año XXVII,
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Way”, Netherlands, 9/84.
Charles L. Amick, Handbook of Electric Power Calculations, “Lighting Design”,
Mc Graw Hill, ISBN 0-07-136298-3, third edition, 2001.
Illuminating Engineering Society of North America. IES RP-8 American National
Standard Practice for Roadway Lighting, 2000.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
ANEXO I
DIAGRAMAS
Datos fotométricos comúnmente usados para un luminario
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
42
Alumbrado de Vialidades
Prueba fotométrica de un luminario en laboratorio
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
Comportamiento de una Lámpara de V.S.A.P. de 250 W conocido como “Trapezoide”
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
ANEXO II
FOTOGRAFIAS
Esquina de llegada de los circuitos alimentadores del primer
alumbrado de vialidades en la Ciudad de Puebla.
Fotografía en la que se aprecia el luminario de arco # 1 del
Circuito serie # 1.
Un poste de la línea de transmisión.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
Poste unitario de 9 m de altura con luminario tipo haz abierto, reflector y refractor.
Alumbrado de vialidades adecuado se distingue la persona en la acera contraria.
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
Ejemplo de un mal alumbrado sin buena
distribución del flujo luminoso y con mala
uniformidad.
Problema con árboles que han
crecido mucho
Túnel
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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Alumbrado de Vialidades
Lámpara de Vapor de Sodio de Alta Presión
Lámpara de Aditivos Metálicos
Especialidad: Ingeniería Eléctrica
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