Ayuntamiento de Coín

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((MMáállaaggaa))

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ÍNDICE GENERAL CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN .....................................................................................3 CAPÍTULO 2. OBJETIVOS ..............................................................................................4

2.1- Objetivo general 2.2- Objetivos específicos

CAPÍTULO 3. MARCO REFERENCIAL ........................................................................4

3.1 Conceptos básicos 3.2 Fuentes de luz 3.3 Luminarias

3.3.1 Las luminarias según distintos criterios de selección CAPÍTULO 4. PROCEDIMIENTOS Y METODOLOGÍAS PARA

EL DISEÑO DE ILUMINACIÓN..........................................................14

4.1 Análisis del Proyecto. 4.2 Planificación Básica. 4.3 Diseño Detallado. 4.4 Evaluación posterior.

CAPÍTULO 5. APLICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO DE ILUMINACION A LOS VIALES DEL MUNICIPIO DE COÍN...........................................................................17

5.1 Estudio de la iluminación existente 5.2 Propuestas de sustitución

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

A.1 Presupuestos. A.2 Amortización

A.3 Emisiones de CO2. A.4 Descripción técnica del producto.

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN El presente proyecto consiste en la evaluación de criterios y metodologías usadas en la ingeniería de iluminación, y así establecer un manual para el desarrollo de un proyecto de iluminación en el municipio de Coín, optimizando la calidad, durabilidad y consumo, y la aplicación de estas ventajas al alumbrado público. Cada procedimiento se puede desarrollar por medio de dos métodos distintos, éstos son llamados el método práctico y el método teórico. El primero consiste en realizar cada procedimiento de forma empírica y predeterminada, en cambio el segundo consiste en realizar cada procedimiento de forma detallada y precisa bajo normas de diseño. Todos los procedimientos de diseño contemplados en este estudio están en el CAPÍTULO 4, los cuales se estructuraron bajo cuatro procesos principales para el desarrollo de cualquier proyecto, los cuales son: 1. Análisis del proyecto. 2. Planificación básica. 3. Diseño detallado. 4. Evaluación posterior. El análisis del proyecto consiste principalmente en definir el tipo de iluminación y establecer los alcances, objetivos y limitaciones del proyecto a desarrollar. La planificación básica consiste en establecer y desarrollar las ideas básicas del diseño sin llegar a establecer todavía un aspecto específico. En el diseño detallado se comienza a resolver los aspectos específicos del proyecto en función del perfil definido en el proceso de planificación básica, estos comprenden por ejemplo: la selección de la luminaria, el diseño y sistemas de montaje, el cálculo de número de luminarias, etc. La evaluación posterior tiene como objetivo simular y analizar los resultados del proyecto en términos técnicos y económicos. La evaluación técnica implica el análisis de los parámetros y criterios de calidad en la luminotecnia. Ambos métodos, tanto el teórico como el práctico, se desarrollaron de forma independiente en el momento de emplear cualquier método de cálculo. Entre los posibles métodos de cálculo se ha utilizado el método de los luxes, método en el que se determinan ciertos parámetros, de acuerdo a resultados de experiencias previas o por conocimientos teóricos, los cuales deben estar dentro de algunos rangos permisibles para el confort visual del individuo.

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Finalmente, una vez obtenido los resultados de cada aplicación, se hará una comparación y decisión definitiva del proyecto en función del diseño, y la selección de los equipos empleados. CAPÍTULO 2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL. Elaborar un procedimiento y metodología que permita realizar proyectos de iluminación de exteriores, considerando nuevos criterios de diseño y las últimas tecnologías basándonos en iluminación con diodos LED. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

1. Elaborar un criterio de selección y clasificación de los equipos a utilizar. 2. Evaluación de metodologías y criterios en ingeniería de iluminación según las nuevas tendencias. 3. Evaluación y comprobación de los distintos criterios y condiciones de calidad según las exigencias estipuladas, por medio de simulaciones con programas especializados de iluminación. 4. Aplicación de los métodos de cálculos en áreas de servicio y administración bajo las premisas antes mencionadas. CAPÍTULO 3. MARCO REFERENCIAL

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

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

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

(1)

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

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

(lm/w) (2)

donde: ε�= Eficacia luminosa.

P = Potencia activa (W)

Intensidad luminosa. Se define como la relación entre el flujo luminoso emitido por una fuente de luz en una dirección por unidad de ángulo sólido en esa misma dirección, medido en estereorradianes (sr).Siendo éste el ángulo formado entre el centro de una esfera de radio unitario y una porción de superficie de una unidad cuadrada de dicha esfera.

(cd) (3); (4)

6

donde: I = Intensidad luminosa (cd).

φL = Flujo luminoso (lm). ω�= Ángulo sólido (sr). r = Radio de proyección (m)

Figura 2: Concepto de intensidad luminosa. Nivel de Iluminación (Iluminancia). Los niveles de iluminación se definen como la relación entre el flujo luminoso y el área de superficie a la cual incide dicho flujo. Se simboliza con la letra E y su unidad es el lux. Por lo tanto, su expresión queda así:

(5)

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

S = Superficie (m2).

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

(lux) (6)

7

donde: Emed = Iluminación media. Epi = Iluminancia en el punto i-ésimo. np = Número de puntos considerados.

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

(cd/m2) (7)

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

Figura 3: Luminancia de una superficie.

Uniformidad. La iluminancia proporcionada en una superficie determinada nunca será totalmente uniforme. Esto se debe a que siempre habrá diferencias de valores de iluminancia dentro del escenario visual iluminado. Para definir la uniformidad de los niveles de iluminación en un área, es necesario definir los factores que determinan las variaciones de iluminancia. Factor de uniformidad general de iluminancia. Es la relación entre la iluminación mínima y la iluminación media sobre una superficie de una instalación de alumbrado. Se simboliza por Um y su unidad está dada en por ciento (%) o por una relación. Su expresión es:

o (8)

8

Factor de uniformidad extrema. Es la relación entre la iluminación mínima y la iluminación máxima sobre una superficie de una instalación de alumbrado. Se simboliza por Ue y su unidad está dada en por ciento (%) o por una relación. La expresión que la define es:

o (9)

Coeficiente de Variación (CV). Es un parámetro estadístico que indica, en términos porcentuales, la relación entre la desviación de todos los valores de iluminancia y la iluminación media. El valor del CV es igual a cero cuando no existen diferencias entre los valores, resultando entonces una distribución totalmente homogénea. La expresión que la define es:

o (10)

donde, = Desviación estándar de los valores de iluminación (lux). CV = Coeficiente de variación.

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

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

Tabla I: Apariencia del color según su temperatura.

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

Blanco cálido 2600-3000 Cálido

Blanco neutral 3100-4100 Intermedio Blanco frio 4200-6000

Blanco luz del día 6100-6500 Frío

Índice del Rendimiento del Color (IRC). Es el índice que indica el nivel o el grado de precisión en que un objeto iluminado pueda reproducir su propio color real bajo la influencia de una fuente de luz. Cuando la luz incide sobre un cuerpo y éste genera un color prácticamente igual o idéntico al propio, entonces su IRC tendrá un valor cercano o igual a 100. Para la clasificación de distintas fuentes de luz, se ha instituido a la lámpara incandescente como patrón, ya que dicha fuente representa un IRC de 100 (muy bueno).

Grado IRC IRC Apariencia 1 IRC≥85 Muy bueno 2 75≤IRC≤85 Bueno 3 40≤IRC≤75 Medio 4 IRC≤40 Nulo (monocromático)

Tabla II: Clasificación del IRC según su grado y apariencia. [9]

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

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Todas las fuentes de luz artificial implican la conversión de alguna forma de energía en radiación electromagnética, basándose principalmente en la excitación de átomos y luego la emisión de fotones. Artificialmente existen varias formas de producir radiación luminosa y están divididas por los procesos de incandescencia y la luminiscencia. Esta última, a su vez se divide principalmente en descarga en gases, fotoluminiscencia y electroluminiscencia. En la industria, los procesos de incandescencia y por descarga en gases son los más comunes y los más usados. Las lámparas pueden ser de muchas clases, cada una de ellas con sus particularidades y características específicas. Como se dijo anteriormente, existen dos clasificaciones que describen el tipo de lámpara. En la siguiente figura se puede observar dicha clasificación:

Figura 4: Clasificación general de las fuentes luminosas. Lámparas incandescentes. El principal funcionamiento y característica de cualquier lámpara de incandescencia es un resorte de alambre fino, llamado “filamento”. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de él, este filamento se torna de color blanco y emite luz visible. Casi todos los filamentos están hechos de tungsteno debido a su alto punto de fusión. Cuanto más bucles de hilo de tungsteno y mas juntos estén estos, más calor se concentra y más luz emite el filamento. Pero gran parte de la energía eléctrica (95%) se pierde en forma de calor y por ello su eficacia luminosa es pequeña. Dentro de las ventajas están: costo inicial más bajo (instalación), puede ser controlada para dar cualquier nivel de luz y no utiliza accesorios para su encendido.

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Lámparas incandescentes halógenas. Funcionan bajo el mismo principio de la lámpara incandescente, pero en este caso la cápsula (ampolla) posee un componente halógeno agregado al gas (yodo o bromo), que trabaja como elemento regenerativo. Esta bombilla alcanza altas temperaturas y puede venir con casquillo de rosca (con o sin reflector) o casquillo “bi-pin” (lineal o con reflector). Entre sus ventajas con respecto a las lámparas incandescentes están: mayor durabilidad, mayor eficiencia luminosa y tamaños más compactos. Lámparas fluorescentes. Las lámparas fluorescentes son consideradas como lámparas de descarga. La corriente pasa a través de un vapor de mercurio a baja presión, de esta manera estas lámparas son también llamadas “lámparas de descarga de mercurio a baja presión”. En el momento en que la lámpara se enciende, los electrones “bombardean” los átomos de mercurio provocando que el gas emita los rayos ultravioleta (UV). Cuando estos rayos golpean una capa de fósforo se produce una luz visible. Para el encendido de estas lámparas, es necesario el uso de equipos auxiliares como es el balasto. Entre sus características, se destacan: una vida útil elevada, tienen poca pérdida de energía en forma de calor y bajo consumo de energía. Lámparas fluorescentes compactas (CFL). Estas lámparas reúnen las cualidades de los tubos fluorescentes en las dimensiones de una lámpara incandescente. Poseen además buenas características de reproducción de color y un rango considerable de vida útil. Consumen un 80 por ciento menos de energía que una lámpara incandescente para alcanzar el mismo nivel de iluminación. Su potencia es limitada, debido al pequeño volumen del tubo de descarga. Pueden venir con o sin balasto incorporado, según el tipo de casquillo de conexión. Lámparas de vapor de mercurio a alta presión. Estas son consideradas lámparas de descarga de alta intensidad (HID). La descarga se produce en un tubo de descarga que contiene una pequeña cantidad de mercurio y un relleno de gas inerte (argón) para ayudar el encendido. La superficie interior del bulbo exterior se encuentra cubierta con un polvo fluorescente que convierte la radiación ultravioleta en radiación visible. La luz de estas lámparas tiene un color blanco azulado. Su promedio de vida útil alcanza las 24000 horas, lo cual llega ser el doble que las lámparas antes mencionadas. Sin embargo, tienen un rendimiento luminoso menor que las lámparas fluorescentes. No obstante, para su funcionamiento es imprescindible el uso de un balasto y un condensador para mejorar su factor de potencia. Lámparas de halogenuros metálicos (Metal Halide). Son lámparas que contienen un tubo de descarga relleno de mercurio a alta presión y compuesto por una mezcla de halogenuros metálicos tales como el ioduro de escandio, ioduro de sodio y otros. Éstos permiten obtener rendimientos luminosos más elevados y mejores propiedades de reproducción cromática que las mismas lámparas de mercurio. Entre sus características tenemos: alta eficiencia (seis veces más que las lámparas incandescentes y dos veces más que las de vapor de mercurio), excepcional rendimiento de color y buen

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mantenimiento de lúmenes. Pero el rango de vida útil de esta lámpara es más corto que las de vapor de mercurio y también requieren equipos auxiliares tales como balastos, arrancadores y condensadores. Lámparas de vapor de sodio de baja presión. Existe una gran similitud entre el trabajo de una lámpara de sodio de baja presión y una lámpara de mercurio e incluso una fluorescente. La radiación visible de la lámpara de sodio es casi monocromática y se produce por la descarga a través del sodio a baja presión. Posee una mala reproducción cromática (la luz es de color amarillo), por lo que será la menos valorada de todos los tipos de lámpara. Sin embargo, es la lámpara de mayor eficiencia luminosa y larga vida. Son comúnmente usadas en aquellos lugares donde el factor de color no tiene mucha importancia, como son las calles, autopistas, túneles, playas, etc. Lámparas de vapor de sodio de alta presión. La diferencia de presiones del sodio en el tubo de descarga es la principal diferencia con la lámpara antes mencionada. No solo hay exceso de sodio en el tubo de descarga, sino también mercurio y xenón. Esto hace que tanto la temperatura de color como la reproducción del mismo mejoren significativamente con la de baja presión. Además, facilita el encendido, y se caracterizan por mantener una eficacia elevada y una larga vida útil. Son ampliamente usados en alumbrado de exteriores por su capacidad de acentuar los elementos iluminados. Lámparas de luz mezcla. Es una combinación entre una lámpara de mercurio y una incandescente, ya que posee un filamento para estabilizar la corriente. Por lo tanto no requiere el uso de un balasto. Dicho filamento está conectado en serie con el tubo de descarga, y la luz producida es una combinación entre la descarga del mercurio y la del filamento. También posee una buena reproducción cromática. Lámparas de LED. Las lámparas de LED están formadas por cadenas de diodos LED, ya sea en serie o en paralelo. Los diodos LED se iluminan cuando fluye la corriente a través de ellos haciendo cambiar de capa eléctrica a los electrones de sus semiconductores, éstos están dopados con materiales que los hacen ser tipo P o N y que al fluir la corriente y cambiar los electrones de capa hacen que se ilumine. En función de los materiales con que se dopen los semiconductores, los fotones emitidos producirán luz de un color u otro. La eficiencia de las lámparas LED, con la tecnología actual, llega a los 140 lm/W, que es el doble de las que se puede obtener con la mejor del resto de tecnologías. La única electrónica adicional que requiere una lámpara de LED, es el transformador de corriente alterna a la corriente continua necesaria para conseguir el salto de capa de los electrones en cada diodo LED. A demás las lámparas LED permiten el control digital de la iluminación y la reparación de los componentes discretos (diodos LED), lo que prolonga la vida útil de una misma lámpara. A continuación, se presentan las características más importantes de las lámparas (Tabla III):

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Lámpara Potencia (W)

Temp. de color (ºK)

Rendimiento (lm/W)

Índice de rend. de

color (IRC) Vida útil

(h)

Tiempo de encendido

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

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

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

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

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

metálicos 100 - 2000 3700 - 5000 50,3V – 102V 42,3H – 88,7H 65 - 75 3000V – 20000V

3000H – 15000V < 4 Sodio alta

presión 35 - 1000 1900 - 2000 57,9 - 126 22 16000 - 28500 < 6 Sodio baja

presión 18 - 135 1800 87,2 – 141,8 0 16000 - 18000 < 6 Luz Mezcla 160 - 500 3940 - 5100 16,9 – 22,5 50 8000 < 2

LED 0.006 – 2000 2600 - 10000 120 80 Ilimitada 30ºC / 85% max lum 0

Tabla III: Características más importantes de las lámparas.

3.3 Luminarias Según la Comisión Internacional de Iluminación (CIE), la definición de luminarias son “Aparatos que distribuyen, filtran o transforman la luz emitida por una o varias lámparas y que contienen todos los accesorios necesarios para fijarlas, protegerlas y conectarlas al circuito de alimentación”. [6] Resumiendo los objetivos antes mencionados, una luminaria debe proveer los siguientes requisitos básicos para su funcionalidad:

• Protección de las fuentes de luz. • Distribuir adecuadamente la luz en el espacio. • Aprovechar la mayor cantidad de flujo luminoso emitido por las fuentes de luz. • Satisfacer las necesidades estéticas según el ambiente donde estén destinadas. • Evitar las molestias provocadas por el brillo excesivo (deslumbramiento).

3.3.1 Las luminarias según distintos criterios de selección. La selección de la luminaria ideal para cada tipo de proyecto es uno de los procedimientos más importantes dentro de la luminotecnia, y además debe realizarse en forma conjunta con la elección de la lámpara. En la actualidad existen diversos tipos de tamaño, aplicación y forma de luminarias, y diferentes criterios de clasificación que un proyectista tenga en consideración para la elección de éstas. Las luminarias tienen

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ciertas características esenciales las cuales pueden clasificarse según su: cualidad, grado de protección, aplicación y factor de eficiencia. CAPÍTULO 4. PROCEDIMIENTOS Y METODOLOGÍAS PARA EL DISEÑO DE ILUMINACIÓN. Establecer un procedimiento sistemático para diseñar un sistema de iluminación es bastante complejo, ya que cualquier proyecto puede tener diferentes puntos de factores y criterios a considerar. Por lo tanto, es recomendable definir y esquematizar un proyecto de iluminación bajo cuatro procedimientos principales bien diferenciados, estos son los que se indican en la siguiente figura:

Figura 5: Proceso principal de diseño de iluminación. Como indica la Figura 5, el proceso principal está comprendido por dichos procedimientos, y se encuentra ordenado según como debería ser la metodología para cualquier proyecto de iluminación. A su vez, cada procedimiento es un proceso distinto conformado por otros procesos más. Cada uno de ellos considera los aspectos generales de diseño, de tal manera que las particularidades del proyecto dependen del procedimiento que escoja el personal encargado. Es importante notar que para las distintas aplicaciones en los proyectos de iluminación, ya sea de interiores o exteriores, habrá dos métodos que contengan aspectos y criterios distintos para la realización y el cumplimiento del proceso. Estos métodos se llamarán: método práctico y método teórico. El método práctico consiste en realizar cada procedimiento de forma empírica y predeterminada. El método teórico consiste en realizar cada procedimiento en forma detallada y deducida. A continuación se presentan en forma general los aspectos y procedimientos de cada uno de los procesos (ver Figura 6).

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Figura 6: Esquematización de los procesos generales indicando los procedimientos correspondientes de un proyecto de iluminación.

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4.1 Análisis del Proyecto. Este procedimiento es el primero en considerar cuando se quiere realizar nuevos diseños. Consiste principalmente en reunir los datos necesarios que permitan determinar cuáles son las demandas visuales y estéticas de iluminación, y establecer los objetivos del trabajo.

1. Es importante definir primero el objetivo del proyecto, especificando qué es lo que se va a iluminar. Luego se determina el tipo de iluminación que se va a emplear, ya sea iluminación de interiores o exteriores. Después se determina la aplicación deseada para descartar y darle más prioridad a las características fundamentales.

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

evaluación de las necesidades de ambientación. Por lo general se refiere a la apariencia de color del ambiente.

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

Por lo general, la mayoría de los datos necesarios para establecer un análisis del proyecto se obtienen de la documentación técnica que suministra el cliente. Pero también depende del responsable del trabajo o del diseñador, el realizar una inspección visual de la obra, ya que permitirá completar y verificar los detalles y datos técnicos. 4.2 Planificación Básica. A partir del análisis descrito en el proceso anterior, es posible establecer un perfil detallado de las características principales que debe tener la instalación. Lo que se busca aquí es definir las ideas básicas y los datos esenciales del diseño sin llegar a establecer todavía un aspecto específico. Por lo tanto, sólo se considera los siguientes puntos de diseño: los parámetros básicos de la instalación (datos de entrada), la elección “preliminar” del sistema de alumbrado y las características de las fuentes luminosas requeridas. 4.3 Diseño Detallado. En esta etapa, en función del perfil definido en la fase de planificación básica, se comienza a resolver los aspectos específicos del proyecto, estos comprenden: la

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selección preliminar de la luminaria, el tipo y altura de montaje, la preselección del equipo (lámpara-luminaria), el número preliminar de luminarias a emplear y las ubicaciones de los puntos de medición. 4.4 Evaluación posterior. La etapa de evaluación posterior tiene como objetivo simular (por medio de algún programa especializado en luminotecnia) y luego analizar los resultados del proyecto en términos técnicos y fundamentalmente en términos “económicos”. La evaluación técnica implica el análisis de los parámetros y criterios luminotécnicos antes descritos en todos los procesos anteriores, con el fin de evaluar las condiciones de calidad en el plano considerado. Luego del análisis, es preciso tener en cuenta si los equipos seleccionados proporcionan el nivel de iluminación previsto en la planificación del proyecto y cómo varía la iluminación en dicha área (condiciones de uniformidad y varianza). De lo contrario, se deben hacer las correcciones necesarias para que dichos factores de calidad se cumplan. La evaluación económica por su parte, apunta a evaluar principalmente el factor de costos y la relación entre el número de unidades necesarias para la instalación de alumbrado y el consumo de energía de dichos equipos seleccionados. CAPÍTULO 5: APLICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO DE ILUMINACION A LOS VIALES DEL MUNICIPIO DE COIN. Todo el planteamiento anterior se ha tenido en cuenta al estudiar el caso concreto del Municipio de Coín situado en la provincia de Málaga. El sistema de iluminación en general que tiene el municipio, está basado en lámparas de Halogenuros Metálicos y Vapor de Mercurio. En la solución que proponemos, planteamos la sustitución de estas lámparas por su equivalente lumínico mediante LED así como de aquellas luminarias que planteen dificultades para su adaptación o bien se encuentren obsoletas. 5.1.- Estudio de la iluminación existente. Según el P.O.E. de Coín, realizado por la Diputación de Málaga, en el municipio hay 1291 lámparas de vapor de mercurio distribuidas en la forma siguiente: 389 luminarias asimétricas de 125 W 312 faroles de 125W TOTAL 701 bombillas de Vapor de Mercurio de 125 W.

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

33 faroles de Halogenuros metálicos. 16 faroles de Vapor de Mercurio de Alta Presión. 16 asimétricas de Halogenuros metálicos de 150W. 24 proyectores de Halogenuros Metálicos de 150 W. 11 proyectores de Halogenuros Metálicos de 250 W. 54 proyectores de Halogenuros Metálicos de 400 W. En estas luminarias se pueden conseguir ahorros energéticos superiores al 50 %, con mejor funcionalidad que actualmente, al pasar a ser sustituidas con luminarias de tecnología LED. 5.2.- Propuesta de sustitución a tecnología LED. La propuesta de cambio consiste en sustituir todas las luminarias que hay actualmente por unas luminarias nuevas perfectamente adaptadas a la tecnología LED y dotadas de la más moderna tecnología digital de telemonitorización y de control remoto, de forma que desde el Ayuntamiento se tenga información casi en tiempo real del funcionamiento de cada luminaria, así como el poder programar el grado de iluminación adecuado de cada luminaria, en cada fecha y a cada hora del día (pudiéndose, por ejemplo, atenuar el consumo de las luminarias al nivel adecuado en las distintas horas de la madrugada). En cuanto a las luminarias actuales se ha detectado que algunas están en mal estado haciendo ineludible su sustitución por luminarias nuevas. Lógicamente el poner algunas luminarias nuevas exige poner también nuevas las luminarias de su entorno. El hecho de proponer la sustitución de todas las luminarias conlleva también las ventajas que se detallan en los párrafos siguientes. Hemos estudiado unas luminarias nuevas que pueden sustituir a las que ya existen en el municipio y que resulta ventajosa su adaptación a la tecnología LED. En los anexos adjuntamos la ficha técnica de algunas de ellas sin perjuicio que se puedan seleccionar más. Entendemos que es una buena ocasión para homogeneizar en todo el municipio las luminarias utilizadas en las calles del mismo.

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Estas nuevas luminarias se adaptan a la tecnología LED y están dotadas de los elementos de monitorización y de control remoto, de forma que el trabajo en las calles del municipio se reduce a quitar las luminarias actuales y sustituirlas por las nuevas, respetándose los báculos, los brazos y la red de energía eléctrica actual que pasaría a estar sobredimensionada.

Dado el considerable ahorro energético de las nuevas luminarias se pasaría de la situación actual de rebase de la potencia contratada a estar muy por debajo de esa potencia abriéndose la posibilidad de pasar a unas cotas de potencias contratadas inferiores a las actuales, incidiéndose así en otro aspecto de economización .

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

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

Finalmente cada luminaria está dotada de CPU para el control de la iluminación de su lámpara (así como su temperatura) y de un MODEM PLC para comunicarse con la estación de control a la que pertenece.

Coín, 17 de diciembre de 2009

Fdo. Francisco J. Guerrero Postigo Fdo. Manuel Setién Hernández Ingeniero Técnico Municipal Técnico Municipal de Medio Ambiente

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ANEXOS

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

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

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

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

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

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

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A.2. ESTIMACION DEL PERIODO DE AMORTIZACION. Vamos a plantear la amortización como el proceso por el cual las dos ventajas principales de las lámparas con LED respecto a las lámparas de vapor de mercurio compensan el costo inicial de implantación de las lámparas de LED. Estas dos ventajas son las siguientes: 1.- Ahorro energético del orden del 67% produciendo mayor intensidad luminosa. 2.- Mayor duración de vida de las luminarias con LED. Del orden de 6 veces más. Esta ventaja supone una contrapartida en costos de 6 lámparas de vapor de mercurio frente a una lámpara de LED y los costos de personal de mantenimiento para sustituir las lámparas. Considerando que la vida media de una lámpara de vapor de mercurio hasta tener unos niveles de iluminación inaceptables se sitúa en torno a 8700 horas, y que las lámparas están encendidas en promedio 12 horas al día los 365 días del año, lo que suma 12x365 = 4380 horas de uso al año, se deduce que en promedio se deberían cambiar la mitad de las lámparas cada año para mantenerse en unos niveles de iluminación aceptables. Además, se ha estimado que el costo de cambiar una bombilla del mobiliario urbano (incluido el costo de la bombilla y la mano de obra para realizar la sustitución), asciende a 20 € la de 125 W y 30 euros la de 250 W. Por otro lado se estima el precio medio del Kw./hora en los próximos años alrededor de los 0.15 €. En el método que se describe a continuación, se comparan los dos tipos de lámparas de vapor de mercurio con sus equivalentes lámparas LED y se da como resultado el ahorro medio por lámpara al año, teniendo en cuenta el precio de cambiar la lámpara de vapor de mercurio (precio de la lámpara + gasto del cambio) y el ahorro energético anual producido por cada lámpara. Todo ello utilizando los datos descritos anteriormente para cada tipo de lámpara:

• Lámpara 125W: contando que cada año el costo medio de reposición por lámpara de vapor de mercurio es de 10 euros y que el costo anual de la energía que consume se calcula multiplicando el número de KWh que consume al año por 0.15€ del valor del KWh estimado. [(10€+10€)/2] + [(4380horas) x (0.14 KWh) x (0.15€/ KWh)] = 101.98 €/año por lámpara

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

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Por lo que su amortización total cada año es de 101.98 - 30.22 = 71.76 € para cada lámpara de 125W de vapor de mercurio sustituida por una lámpara de LED. Por lo tanto el periodo estimado de amortización apenas sobrepasa los dos años.

• Lámpara 250W: El costo de reposición de esta lámpara es unos 30€, contando

que cada año hay que cambiar aproximadamente la mitad de las lámparas, el costo medio anual de reposición por luminaria es de 15 euros. Por otro lado el costo energético será el resultado de multiplicar el número de KWh que consume al año por 0.15€ del valor del KWh estimado. [(20€+10€)/2] + [(4380horas) x (0.268 KWh) x (0.15€/ KWh)] = 191.08 €/año por lámpara

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

No hemos considerado gastos de mantenimiento de los nuevos dispositivos porque la duración estimada de vida de los mismos es muy elevada (un mínimo de 15 años), los gastos de los dos primeros años los cubre la garantía y los ahorros producidos en los años que pasan el periodo de amortización superan con creces los pequeños costos que se puedan producir.

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

• Emisiones de CO2 al año con lámparas de Vapor de Mercurio:

1. Se calcula el gasto energético de todas las lámparas de Vapor de Mercurio.

(763 x 4380 x 0.14) + (511 x 4380 x 0.268) = 1.067.703 KWh/año *[(nº lámparas 125W) x (horas uso/año) x (consumo KW/hora lámpara )] + [(nº lámparas 250W) x (horas uso/año) x (consumo KW/hora lámpara )]

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

1.067.703 x 0,15 = 160.155 €/año

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

3. Y las emisiones de CO2 anuales son de:

1067703 / 1000 = 1.068 Toneladas de CO2/año

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

• Emisiones de CO2 al año con lámparas de LED:

1. Se calcula el gasto energético de todas las lámparas de LED.

(763 x 4380 x 0.046) + (511 x 4380 x 0.092) = 359.642 KWh/año *[(nº lámparas 46W) x (horas uso/año) x (consumo KW/hora lámpara )] + [(nº lámparas 92W) x (horas uso/año) x (consumo KW/hora lámpara )]

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

359.642 x 0.15 = 53.946 €/año

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* (Consumo Total lámparas LED) x (Precio medio del KWh) Estas cifras suponen la economización de un 66,32% de la factura energética municipal

Y las emisiones de CO2 anuales son de:

359.642 / 1000 = 360 Toneladas de CO2/año

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

• Diferencia: Utilizando lámparas LED, se dejan de emitir a la atmósfera:

1068-360 = 708 Toneladas de CO2/año.

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A.4. DESCRIPCIÓN TÉCNICA DEL PRODUCTO. La electrónica de iluminación se encuentra ubicada en un disipador de aluminio donde también está la fuente de alimentación. Por esto la lámpara de iluminación LED lleva incorporado un sistema inteligente de control de temperatura. Dicho sistema consiste en un sensor de temperatura conectado a un microcontrolador que regula la intensidad lumínica de los LED mediante una señal PWM.

. Esquema electrónico del Sistema Inteligente de control de temperatura

La intensidad lumínica de los LED la marca el intervalo de tiempo que se mantienen encendidos, cuanto mayor sea dicho intervalo más intensidad apreciará el ojo humano.

. Pulso de la señal PWM con intensidad lumínica normal

. Pulso de la señal PWM con intensidad lumínica reducida

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

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

CARACTERÍSTICAS: - Dimming (regulación de brillo), Controlado por MicroProcesador.

- Bajo Consumo Eléctrico.

- Alta Luminosidad.

- Alumbrado Público.

Especificaciones Técnicas:

Parámetro Valor

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

Consumo Eléctrico Máximo: 57.6 W.

Típico: 46 W.

Tipo de Casquillo

E27 E40

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

Temperatura del Color (CCT) 2600 - 10000 K

Tensión de Alimentación 220V

Vida Operativa 50.000 horas Más de 50.000 horas (más del 90%)

Nº de LED 48

Estructura Aleación Aluminio con cubierta acrílica

Fabricante de LED CREE

Características especiales Control Inteligente de la Temperatura por Microprocesador

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Equivale a:

- 125W Vapor de Mercurio alta presión.

- 70W Vapor de Sodio alta presión.

COMPARATIVA: (Altura de Montaje a 5m).

LED VAPOR MERCURIO

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

CARACTERÍSTICAS: - Dimming (regulación de brillo), Controlado por MicroProcesador.

- Bajo Consumo Eléctrico.

- Alta Luminosidad.

- Alumbrado Público.

Especificaciones Técnicas:

Parámetro Valor

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

Consumo Eléctrico Máximo: 115.2 W.

Típico: 92.16 W.

Tipo de Casquillo

E27 E40

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

Temperatura del Color (CCT) 2600 - 10000 K

Tensión de Alimentación 220V

Vida Operativa 50.000 horas Más de 50.000 horas (más del 90%)

Nº de LED 96

Estructura Aleación Aluminio con cubierta acrílica

Fabricante de LED CREE

Características especiales Control Inteligente de la Temperatura por Microprocesador

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Equivale a:

- 250W Vapor de Mercurio alta presión.

- 150W Vapor de Sodio alta presión.

COMPARATIVA: (Altura de Montaje a 5m).

LED VAPOR MERCURIO

Coín, 17 de diciembre de 2009

Fdo. Francisco J. Guerrero Postigo Fdo. Manuel Setién Hernández Ingeniero Técnico Municipal Técnico Municipal de Medio Ambiente