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Diseño de una instalación eficiente de Iluminación en un túnel.
E s c u e l a s u p e r i o r d e I n g e n i e r o s d e S e v i l l a .
Autor: Emilio Izquierdo Raigán. Tutora: Sandra Redondo Martínez. Departamento: Ingeniería de la construcción y
proyectos de ingeniería.
Iluminación Eficiente de un túnel.
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Índice.
1. Objeto………………………………………………………………………………….….3
2. Alcance……………………………………………………………………………………3
3. Normativa. ……………………………………………………………………………….3
4. Descripción del proyecto.…………………………………………………..…….………4
5. Tecnologías de iluminación eficientes. …………………………………………………5
5.1. Características de la tecnología seleccionada……………………………...………7
5.2. Elección de luminarias………………………………….…………….…….………9
5.3. Análisis según el reglamento de eficiencia energética…………………….……..13
6. Ingeniería de iluminación……………………..…………………….………….………19
6.1. Normativa……………………………………….………………………….………16
6.2. Problemática de la iluminación de túneles ……………………………...……….16
6.3. Calculo de la curva teórica de luminancias…………………………..………..…19
6.3.1. Definición del túnel………………………………………………..….....… 19
6.3.2. Sistema de alumbrado ………………………………………….…...…..…23
6.3.3. Zonas de alumbrado …………………………………………….…...…….24
6.3.4. Cálculo de niveles de iluminación ………………………………..…..….. 27
6.4. Curva real de luminancias…………………..………………………………….…42
6.5. Regulación de luminarias …………………………………………….….………..53
7. Instalación Eléctrica……………………………………………….……………………58
8. Cálculos…………………………………………………………………………………67
9. Planos………………………….…………………………………………………………77
10. Bibliografía. ……………………………………………………………………..………85
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Iluminación Eficiente de un túnel.
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1. Objeto
El presente proyecto se titula: Diseño de una instalación eficiente de iluminación en un túnel.
Tiene por objeto el estudio técnico de una solución eficiente para la iluminación de un túnel de largo recorrido consiguiendo unos niveles suficientes para la circulación por el mismo minimizando el gasto energético y su inversión. De esta forma conseguiremos que la futura instalación de iluminación posea un periodo de retorno simple adecuado para su implantación.
El túnel será ficticio, con una geometría típica en este tipo de túneles. El presente proyecto será de utilidad para analizar la solución óptima para la iluminación en el interior de un túnel. Debe resaltarse que los futuros avances de la tecnología existente puede modificar dicha solución óptima.
2. Alcance
El ámbito de aplicación de la instalación proyectada está dentro de las instalaciones de alumbrado viario de tráfico rodado.
3. Normativa.
Normativas aplicadas:
REBT 2002 y sus instrucciones técnicas.
RD 1890/2008. Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado
exterior, así como su instrucción técnica complementaria: ITC-EA-01 a ITC-EA-07.
CIE 88-2004. “Guía para alumbrado de túneles de carretera y pasos inferiores”,
Comisión Internacional de Iluminación.
Además se tendrá en cuenta todas las normas a las que se hacen referencia en las normativas
anteriormente citadas.
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4. Descripción Del Proyecto.
A continuación se comentan las características del túnel con el que se ha planteado trabajar en
el presente proyecto buscando una configuración estándar pero a la vez interesante a la hora
de seguir las distintas etapas del modelo de cálculo.
El túnel a iluminar consta de dos tubos, uno para cada sentido de circulación de sección
aproximadamente semicircular, acabado en hormigón y 1 km de longitud, por lo que entra
dentro del rango de los “túneles largos” según la normativa de iluminación de túneles. En
cada tubo se dispone de dos carriles de 3,5 m y dos arcenes de 1,5 m, uno a cada lado. Las
luminarias se montarán en los laterales a una altura de 5 m. Para más datos se tiene el perfil
en el apartado “planos”. El alumbrado de emergencia, de acceso en el exterior del túnel y
otras señalizaciones no entran dentro del objeto de este estudio.
Características de los túneles:
Sección: aproximadamente semicircular de diámetro 10,40 m.
Número de carriles por tubo: dos carriles de 3,5 m y dos arcenes de 1,5 m. (Plano nº1)
Longitud: 1000 m.
Velocidad de diseño: 80 km/h
Flujo medio de vehículos: 800 veh/hora/carril
Trazado: El trazado se supone recto sin curvatura ni inclinación respecto a la vertical.
Situación: España, Madrid.
Dirección: NO-SE.
Se distingue entre el tubo sentido NO-SE ( de ahora en adelante: Túnel NO) y el tubo
sentido SE-NO ( de ahora en adelante: Túnel SE). (Planos 2, 3 y 4)
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5. Comparación de tecnologías de iluminación
Se va a realizar una comparativa entre 4 de las tecnologías más habituales para el alumbrado de túneles: VSAP, HM, FL y LED. Las tres primeras son de las llamadas convencionales a las que añadimos la tecnología led que recientemente está viendo su uso cada vez más extendido.
Los factores más importantes que deben tenerse en cuenta en la selección del tipo de lámpara a emplear son la eficacia luminosa, la duración de vida media y vida útil, la temperatura de color y el rendimiento cromático o reproducción de colores.
VSAP
La tecnología VSAP (Vapor de sodio de alta presión) se caracteriza por ofrecer la mejor relación lm/W por lo que son ampliamente usadas en el alumbrado de túneles. Su vida útil llega a las 18000 horas, más de dos años de funcionamiento continuo. Sus capacidades de regulación posibilitan la reducción del consumo en determinadas condiciones de horario o tráfico. Por el contrario, tiene desventajas como su reducida capacidad de reproducción cromática. Éstas quedan compensadas por los altos niveles de iluminación y contraste conseguidos en túneles. Además ofrece una adecuada penetración en ambientes con alta polución.
Fluorescentes: Tienen como ventajas una mejor calidad cromática y la posibilidad de relación contínua del nivel de alumbrado si se añade a la luminaria el correspondiente balastro electrónico, sin embargo en túneles donde se han instalado fluorescentes en el interior, es normal usar lamparas de halogenuros metálicos o de vapor de sodio en la entrada de los los requerimientos luminosos son mayores, ya que el rendimiento lumínico de estos es mayor.
Halogenuros metálicos. Las lámparas de halogenuros metálicos ofrecen una elevada eficacia luminosa a la par de una buena reproducción cromática. Su duración es alta aunque queda por debajo de la vida de una VSAP. Necesitan para su funcionamiento tanto cebadores como reactancias. Requieren un período de cebado de unos cuantos minutos y una fase de enfriamiento prolongada, antes de que se puedan encender de nuevo. Por su alta eficacia y se suelen usar en las bocas de los túneles donde se necesitan altos valores de luminancias.
LEDs Las luminarias LED emiten una luz más blanca respecto a las luminarias de vapor de sodio de
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alta presión que habitualmente se utilizan en el alumbrado de calles. Esto permite visualizar mejor las formas y colores frente a la iluminación anaranjada delas farolas tradicionales de vapor de sodio, cosa que mejora la sensación de seguridad y confort visual. La tecnología Led emite una luz clara de color blanco puro que reduce la fatiga visual, disminuye el tiempo de reacción y reproduce de forma real los colores, ofreciendo una percepción visual saludable y segura.
La siguiente tabla compara el rendimiento lumínico y la vida útil de las 4 tecnologías.
tecnología Lm/W Horas de vida útiles
Led Entorno a los 100 lm/W Más de 50000 VSAP. Vapor de sodio de alta presión Entre 70 y 120 lm/W 24000 Halogenuros metálicos Entre 36 y 120 lm/W 14000 Fluorescentes Entre 50 y 93 lm/W 12000
La tecnología LED se presenta como la opción más eficiente:
Si bien tecnologías como el vapor de sodio a alta presión cumple los requisitos lumínicos y
económicos para la mayoría de las situaciones, actualmente se precisa prestar especial
atención a la eficiencia de una instalación de iluminación. En este aspecto es donde los leds
empiezan a presentarse como una mejor alternativa presentando ventajas a pesar de que son
lámparas en principio más caras. En los últimos años se han hecho más competitivas en
precio, a la vez que han ido mejorando en eficiencia y durabilidad.
Actualmente la tecnología led se ha ido situando como una solución más eficiente y más
ventajosa que sus alternativas más habituales. Técnicamente son ventajosas: más eficientes,
más duraderas, de reencendido instantáneo, con regulación del flujo, no parpadean, con mejor
rendimiento cromático y sin mercurio.
Además, en una lámpara LED la regulación puede ser muy versátil, permitiendo que el flujo
luminoso varíe de forma continua consiguiendo un ahorro extra a lo largo de su vida
compensando el sobredimensionado inicial necesario para compensar la depreciación del
flujo.
Debido a los avances tecnológicos como la electrónica que acompaña a las lámparas leds, se
ha conseguido una considerable reducción de costes que ha facilitado la aparición de las
primeras instalaciones importantes de alumbrado con tecnología LED. Entre ellas, el
alumbrado de túneles.
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Valores actuales de la tecnología led y su futuro:
La eficacia se incrementa cada año, llegando actualmente a valores de rendimiento en
condiciones de laboratorio en el entorno de los 100 lm/W. Igualmente se consiguen grandes
adelantos en el nivel de su vida útil, encontrando valores entre 80.000 y 100.000 horas de
funcionamiento o incluso mayores. Este valor se reduce al considerar las condiciones fuera
del laboratorio, donde la temperatura de funcionamiento interviene de forma drástica. Si bien
es verdad que se necesitarán años de experiencia para confirmar su comportamiento en la
práctica en condiciones reales, es indudable su potencial en cuanto a rendimiento y horas
útiles de vida.
Los principales inconvenientes considerar para su aplicación pueden ser que la tecnología es
relativamente nueva. Existen pocas instalaciones y por tanto poca experiencia en cuanto a su
funcionamiento en condiciones reales. Incertidumbre respecto a su vida útil, costes de
mantenimiento y depreciación del flujo. Además el coste de instalación es elevado respecto a
otras tecnologías por lo que un buen diseño es esencial para la rentabilidad del proyecto.
5.1. Características de la tecnología seleccionada
Tecnología LED:
Los LEDs son diodos emisores de luz, formados por semiconductores que emiten luz al pasar
corriente a través de ellos. La cantidad de luz generada es regulable pues es casi proporcional
a la cantidad de corriente de pilotaje usada. Por lo que a efectos de iluminación, el control se
realiza a través de la corriente.
Las lámparas tradicionales presentan una tasa de mortalidad dada por el momento en que
ocurre un fallo catastrófico que hace que la lámpara se apague por completo. En el caso de los
leds, cada lámpara está formada por varios leds individuales. Cada uno de ellos presenta una
depreciación del flujo luminoso a lo largo del tiempo y aunque alguno de ellos sufra un fallo
catastrófico, la lámpara seguiría funcionando con el resto de leds.
Por tanto la tasa de supervivencia no se aplica como tal a las lámparas leds. Al estar formadas
por agrupaciones de leds no tendrán un final de vida crítico a no ser que se den algún otro tipo
de problema. Para cuantificar su tiempo de vida útil la ASSIST (Alliance for solid-state
illumination system technologies) determinó que 70% es el límite máximo para que el ojo
humano detecte una reducción del flujo luminoso. Así que se fijó que una reducción efectiva
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del 30% del flujo luminoso en relación al valor inicial define el fin del tiempo de vida útil de
un LED.
El parámetro L70 define en horas la reducción media del 30% del flujo luminoso respecto del
inicial de los leds que aún funcionen. Es decir, no tiene en cuenta los leds que han dejado de
emitir por fallo.
Ventajas de los LEDs
Elevada vida útil.
La temperatura de uso y la corriente de pilotaje son los dos parámetros que más
afectan a la vida útil de las luminarias leds. En condiciones óptimas se pueden
encontrar leds con una vida útil L70 declarada por el fabricante de más de 100000
horas.
Robustez mecánica.
Las luminarias LEDS no contienen componentes móviles o vulnerables como el
vidrio, gases o los filamentos que si tienen otras tecnologías. Ello se convierte en una
ventaja por su elevada resistencia a vibraciones o algún tipo de tensión mecánica. Por
el contrario, sí que son sensibles a las influencias electrostáticas, por lo que hay que
tener precaución y solo deben tocarse con la protección de una conexión a tierra
adecuada, así como debe evitarse la conexión directa del led con un cable conductor .
Una subida de tensión puede destruir el led..
Fácilmente regulables.
La regulación de una luminaria LED es efectiva en un amplio intervalo, casi desde el
0 al 100%, y su control puede llevarse a cabo con estándares como DALI o 1-10V.
Las perdidas asociadas al regulador son pequeñas comparadas con las asociadas a la
regulación en otras tecnologías. Con una regulación completa, el consumo de energía
residual puede bajar hasta el 10% del consumo nominal.
Rendimiento lumínico.
El rendimiento lumínico está alrededor de los 100Lm/W, compitiendo con la
tecnología VSAP pero mejorando a estas en calidad de iluminación. Actualmente los
LED con una temperatura de color entre 5000 y 7000 ºK (blanco frio) alcanzan más
de 160 Lm/W en las condiciones de referencia. Si la temperatura de color es inferior,
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entre 2700 y4000 ºK que se utilizan mayoritariamente en iluminación, suelen
presentar un rendimiento lumínico algo inferior, comercialmente se encuentran datos
de unos 80 Lm/W, aunque van incrementándose año a año.
5.2. Elección de luminarias
Las lámparas destinadas a su uso en túneles, deben ser robustas, herméticas, resistentes a las
agresiones de los gases de escape y los productos de limpieza. Deben además ser de fácil
instalación y mantenimiento ya que debido a los gases y partículas en suspensión es
conveniente una limpieza periódica junto con la sustitución de las lámparas fundidas que
garantice un nivel de iluminación suficiente.
Tal y como se ha podido comprobar en el apartado anterior la tecnología LED es la más
eficiente del mercado por lo que para la iluminación vial del túnel se han elegido luminarias
de tecnología LED con un número de leds por luminaria desde los 30 hasta los 120. El
fabricante es RUUD Lighting y la gama de productos será la “Ruud Lighting LEDWAY E-
tunnel”. Se trata de luminarias que llevan un tiempo en el mercado y que ya se han empleado
en alumbrado de túneles como puede verse en la web del fabricante, con temperatura de
color de 4.000 K y rendimiento cromático 75, grado de protección IP66, alimentación interna
en corriente continua a 700 mA (estándar) a través de driver electrónico de larga duración y
una vida útil en condiciones de referencia L70 de más de 100.000 horas
Se van a proponer dos soluciones según el sistema de regulación utilizado. En la solución tipo
1, la regulación se hará por encendido y apagado de circuitos. En la solución tipo 2, la
regulación se llevará a cabo por un sistema de regulación continuo tipo 1-10V.
Las características de las luminarias son las siguientes.
Fabricante: RUUD Lighting.
Modelo: LEDWAY E-Tunnel.
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Potencias:
Numero de Leds Potencia Luminaria (W) Lúmenes Rendimiento lumínico
30 72 6405 88,96
40 92 8540 92,82
60 139 12810 92,16
80 183 17080 93,33
120 272 25620 94,20
Factor de mantenimiento de la luminaria y vida útil de las luminarias a la corriente de pilotaje
de 700 mA y a condiciones de temperatura de 25 ºC:
Corriente de Pilotaje (estándar)
FDFL (factor de depreciación de la lámpara, según las horas de funcionamiento)
L70
25000 H 50000 H 100000 H
700 mA 0,94 0,88 0,75 129.000 Horas
.
A continuación se incluye la información del producto facilitada por le fabricante.
Última actualización: 14/10/11
LEDWAY E-Tunnel – Orientación fija
Código (luminaria sin montaje)
Light bar
Número LED
Potencia de sistema W “A”
@350mA @525mA @700mA (Versión Estándar)
LXD##T02D* 2 20 25 37 50 156 mm LXD##T03D* 3 30 36 52 72 156 mm LXD##T04D* 2 40 45 67 92 270 mm LXD##T05D* 3 50 61 89 120 270 mm LXD##T06D* 3 60 71 104 139 270 mm LXD##T08D* 4 80 91 135 183 552 mm LXD##T09D* 5 90 100 149 200 552 mm LXD##T10D* 5 100 117 168 231 552 mm LXD##T11D* 6 110 129 188 254 552 mm LXD##T12D* 6 120 140 202 272 552 mm
Para informaciones sobre los flujos luminosos de cada potencia consultar la guía para el uso de las fotometrías en el sito internet. Factor de potencia > 0,9 Luminaria compacta vial de LED, de dimensiones reducidas y grado de protección IP66 para instalaciones en plafón o suspensiones. Todos los componentes están libres de mercurio en un 100% y son totalmente reciclables. El compartimento que contiene la alimentación eléctrica está realizado en aluminio fundido a presión; para acceder al mismo no es necesario usar herramientas (toolfree). El soporte de los módulos de LED, realizado en aluminio extruido, está diseñado para gestionar de modo optimizado la disipación del calor, gracias a la exclusiva tecnología AirFlow de Ruud Lighting. Dicho sistema garantiza una larga duración y el máximo rendimiento. Acabado superficial con tecnología Colorfast Deltaguard®, con garantía integral de 10 años sobre todas las partes metálicas, comprende diferentes etapas de pretratamiento de los materiales, una imprimación epoxi de alta adherencia y una pintura superficial realizada con polvos de poliéster. Extremada resistencia a la corrosión, a la abrasión y a la exfoliación. Estabilidad del color en el tiempo incluso en caso de fuerte exposición al sol. Módulo LED (Light bar) compuesto por 10 o 20 diodos testados, con cada una de las opticas, conforme a la norma CEI EN 62471 para la seguridad fotobiológica de lámparas y de los aparatos que utilizan lámparas. Luminaria disponible de 20 a 120 LED, con temperatura color 4.000 K y rendimiento cromático 75, disponible bajo pedido con diodos de 5.700 K y 3.500 K. Estructura de disipación térmica en aluminio extruido, guarnición de estanqueidad interna realizada por moldeo y amoldada a la geometría de los difusores, grado de protección IP66. Lentes de precisión de alto rendimiento realizadas con tecnología patentada NanoOptic®, curva fotométrica de geometría variable según la aplicación requerida. Alimentación interna en corriente continua a 700 mA (estándar) a través de driver electrónico de larga duración. El aparato en versión especial también está disponible con corrientes de alimentación de 350 mA y 525 mA. Soportes de montaje para bandejas portacables*: • PM-T0LW: orientación fija 0° (montaje T0) • PM-T1LW: orientación fija 5° (montaje T1) • PM-T2LW: orientación fija 10° (montaje T2) • PM-T3LW: orientación fija 15° (montaje T3)
* A petición disponibles suportes de montaje para bandejas portacable con medidas diferentes. Garantía de 5 años sobre los LEDs y los drivers. Clase de aislamiento I. Cos φ > 0,9. Grado de protección IP66.
Altura bandeja portacbles Anchura bandeja portacables
65mm 100mm 120mm 150mm 200mm
75mm 100mm 120mm 150mm 200mm
STRADEL, S.L Ronda General Mitre, 145 1º 2ª
08022 BARCELONATel. +34 93 200 06 56 Fax. +34 93 200 06 56
Opciones disponibles Descripción Disponible hasta Notas
K Regulación del flujo luminoso con detector de presencia 120 LED
D# Sistema de telecontrol de ondas portadoras
para la regulación de la intensidad del flujo luminoso e
60 LED Consultar fábrica para diferentes configuraciones
G Control regulador de flujo, alto/bajo 120 LED Consultar documentación
técnica para configuraciones disponibles
D Dimmable driver 1-10V con sistema de control exterior
60 LED
S# Regulación bi-potencia con medianoche virtual
120 LED Consultar documentación
técnica para configuraciones disponibles
R# Sistema de regulación del voltaje (dimmer)
integrable con sistemas provistos de regulador de flujo
120 LED Consultar documentación
técnica para configuraciones disponibles
Las fichas técnicas de los sistemas de control están disponibles en www.stradel.com.
Opzione D: dimmerazione 0 – 10V (standard@700mA)
Colores
Standard Finish
Silver Black
Mod. Ledway 40 LED
Corriente de pilotaje
25K hr LMF*
50K hr LMF*
100K hr LMF*
Vida* útiL70 (horas)
350 mA 0,96 0,91 0,82 >150.000
525 mA 0,95 0,90 0,79 149.000 700 mA
(estándar) 0,94 0,88 0,75 129.000
* Se refiere a un aparato en funciónamiento a 25° C.
STRADEL, S.L Ronda General Mitre, 145 1º 2ª
08022 BARCELONATel. +34 93 200 06 56 Fax. +34 93 200 06 56
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5.3. Análisis según el reglamento de eficiencia energética
En lo referente a eficiencia energética se sigue lo expuesto en el RD 1890/2008. Reglamento
de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior, así como su instrucción
técnica complementaria: ITC-EA-01 a ITC-EA-07.
Según la ITC-EA-02, se entiende por nivel de iluminación el conjunto de requisitos
luminotécnicos de luminancia, uniformidad, deslumbramiento y demás parámetros recogidos
en la citada instrucción. Deberá garantizarse el valor de la uniformidad mínima, mientras que
el resto de requisitos fotométricos descritos para cada clase de alumbrado, son valores de
referencia, pero no exigidos, que deberán considerarse para cada instalación.
El alumbrado de túneles se clasifica como un caso especial y en el apartado 3.8 de la
instrucción 02, se recoge que los niveles de iluminación no se rigen según las instrucciones
técnicas del Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado
Exterior (REEIAE) sino que se toman como valores de referencia los especificados en la
publicación CIE 88:2004 “Guía para el alumbrado de túneles de carretera y pasos
inferiores”.
Debido a las especiales características de este tipo de alumbrado, no será necesario efectuar la
calificación energética de estas instalaciones y como tal no se especifican unos niveles
mínimos de eficiencia energética para el alumbrado de túneles aunque con el fin de lograr una
eficiencia energética adecuada en las instalaciones de alumbrado exterior, éstas deberán
cumplir, al menos, con los requisitos siguientes:
Los niveles de iluminación de la instalación no superen lo establecido en la
instrucción técnica complementaria ITC-EA 02, salvo casos excepcionales, que
requerirán autorización previa del órgano competente de la Administración Pública.
Para el alumbrado vial, se cumplan los requisitos mínimos de eficiencia energética
establecidos en la ITC-EA-01. Para el resto de instalaciones de alumbrado, se
cumplan los requisitos de factor de utilización, pérdidas de los equipos, factor de
mantenimiento y otros establecidos en las instrucciones técnicas complementarias
correspondientes.
En donde se requiera, dispongan de un sistema de accionamiento y de regulación del
nivel luminoso, tal y como se define en la ITC-EA-04.
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Los regímenes de funcionamiento deben adecuarse a la hora natural, de modo que durante la
noche no deberán permanecer en funcionamiento los regímenes de días soleados y/o
nublados.
El factor de utilización y el factor de mantenimiento de la instalación satisfarán los valores
mínimos establecidos en la ITC-EA-04.
El factor de utilización es la capacidad de convertir la luz que es emitida en iluminación en el
plano que se desea iluminar, cuantificado como lux/lm.
El factor de mantenimiento cualifica y califica la depreciación del sistema de iluminación a lo
largo de su tiempo de vida útil.
La obtención de un valor elevado en estos dos factores es esencial para obtener un alto grado
de eficiencia energética, lo que contribuye a la reducción del consumo energético y a la
economía de la instalación. Adecuando la geometría óptica y espectro luminoso a las
necesidades del proyecto se consigue aumentar el factor de utilización. La tecnología led
consigue valores más elevados que otras tecnologías, necesitando menos flujo luminoso para
el mismo nivel de iluminación en un plano dado. El factor de depreciación también es por lo
general más elevado en sistemas leds, lo que contribuye significativamente a elevar el nivel
de eficiencia.
Factor de mantenimiento.
A lo largo del tiempo, las prestaciones de una instalación de alumbrado exterior se modifican
y degradan respecto a su valor inicial. Un buen plan de mantenimiento ayuda a conservar las
características por encima de los valores mínimos exigidos de iluminación, asegurando su
funcionamiento y una correcta eficacia energética.
Las causas más importantes que afectan a las características fotométricas y mecánicas de una
instalación de alumbrado exterior son las siguientes:
Reducción progresiva del flujo emitido por las lámparas.
Ensuciamiento de las lámparas y sus ópticas.
Degradación de los componentes del sistema óptico, como el refractor, cierre, etc.
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Cese prematuro de algunos leds, en el caso de usar esta tecnología.
Desperfectos mecánicos ocasionales. Para controlar que el nivel de iluminación se mantenga por encima del exigido y controlar
que la degradación de la instalación no sea excesiva, se lleva a cabo un doble mantenimiento.
El mantenimiento preventivo se establece como una revisión programada consistente en
realizar sobre la instalación es un cierto número de intervenciones sistemáticas. Por otra parte,
el mantenimiento correctivo engloba las operaciones necesarias para reponer las
instalaciones averiadas o que han sufrido un deterior excesivo y devolverlas a su estado
correcto de funcionamiento.
Un adecuado mantenimiento preventivo hace que el mantenimiento correctivo se requiera de
forma menos intensa y con menos frecuencia.
En la instrucción técnica ITC-EA-06 y en su guía de aplicación se pueden consultar el método de cálculo del factor de mantenimiento así como el plan de mantenimiento requerido. El factor de mantenimiento se define como la relación entre la iluminancia media de la zona iluminada después de un periodo determinado de funcionamiento de la instalación de alumbrado y la iluminancia media de la instalación al inicio de su funcionamiento. El factor será siempre menor que la unidad y se procurará que su valor sea lo mayor posible para una frecuencia de mantenimiento lo más baja posible. El factor de mantenimiento depende del tipo de tecnología de iluminación, las luminarias elegidas, suciedad del entorno, intensidad del tráfico, etc. Debido al paso del tiempo, el nivel de iluminancia va disminuyendo debido a la propia
luminaria, el factor de mantenimiento se aplica sobre el nivel de iluminancia mínima que
debe de mantenerse al final del periodo de funcionamiento de la instalación.
La expresión sería la siguiente:
Donde:
Eservicio es la Iluminancia media en servicio tras el periodo considerado (lux)
Einicial es la Iluminancia media inicial de la instalación. (lux)
El factor de mantenimiento será el producto de los factores de depreciación del flujo luminoso
f m=E servicio
E inicial<1
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de las lámparas, de su supervivencia y de depreciación de la luminaria. Además en el caso de
túneles también se tendrá en cuenta el factor de depreciación de las superficies del recinto
(FDSR), de forma que se cumplirá:
Donde:
FDFL = Factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara. Datos del
fabricante.
FSL = Factor de supervivencia de la lámpara. Datos del fabricante y tipo de
mantenimiento de la instalación.
FDLU = Factor de depreciación de la luminaria. TABLAS ITC-EA-06.
FDSR = Factor de depreciación de las superficies del recinto para túneles de carretera
o pasos inferiores. Tablas de la ITC-EA-06.
El fabricante nos facilita la información técnica de las luminarias. Aunque en un principio la
vida útil de las luminarias elegidas puede llegar a más de 100000 horas, en el proceso de
diseño se opta por calcular la instalación para una vida útil de 50000 horas puesto que para un
valor más alto de horas de vida, el factor de depreciación de flujo luminoso desciende aún
más y aparte, entran en juego la vida útil de otros componentes como el driver electrónico.
Haciendo uso de las hojas técnicas se obtiene que un valor de FDFL=0.88 para 50000 horas
de funcionamiento.
El FDLU depende del tipo del grado de protección de la luminaria, de sus materiales (vidrio o
plástico) y del intervalo de tiempo de limpieza de la misma. Podemos encontrar datos sobre el
mismo en la tabla 3 de la ITC-EA-06, aunque se recomienda usar los datos más actuales
recogidos en las Recomendaciones Relativas al Alumbrado de las Vías Públicas de la
Asociación Francesa del Alumbrado (AFE) basada en datos actualizados cedidos por los
fabricantes.
Para las luminarias elegidas en el proyecto, grado de contaminación medio y un intervalo de
limpieza de 1año tenemos un FDLU de 0,96
FSL o LSF: Factor de supervivencia de las luminarias, o Luminaires Survival Factor. Es el
porcentaje de luminarias LED que sobreviven y alcanzan el flujo indicado en su curva de
depreciación, para las horas especificadas. Para la determinación del FSL se tiene en cuenta
f m=FDFL⋅FSL⋅FDLU⋅FDSR
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las especificaciones más recientes de los fabricantes de lámparas. En caso de reemplazo
inmediato de una lámpara defectuosa, el factor de supervivencia será igual a 1. El fabricante
seleccionado para este proyecto no presenta oficialmente este dato, pero teniendo en cuenta
los valores usuales se ha tomado un valor de 0,98.
Para calcular el FDSR usamos la tabla 4 de la ITC-EA-06 donde dependiendo del intervalo de
mantenimiento elegido y del grado de contaminación podemos determinar este factor.
El índice del recinto para nuestro túnel será:
Ir=2.17. Índice del recinto medio.
L= 1000 m; A= 11 m; H= 5m
El grado de contaminación lo consideraremos medio, dado que según la norma, se
considerará como tal aquél recinto con una intensidad de tráfico medio pero en ausencia de
zonas expuestas a actividades generadoras de humo y contaminación atmosférica. Si bien
nuestro túnel tiene tráfico elevado, carece de una entrada de humo y partículas por actividades
cercanas, excepto por la contaminación propia de los vehículos.
Para este caso tenemos un factor de 0,96 para 1 año.
En conclusión: para un intervalo de mantenimiento de 1 año tendremos:
FDFL=0.88 según el fabricante (50000 horas)
FSL = 0,98
FDLU= 0,96 según reglamento
FDSR=0,96.
FM=0,8
Operaciones de mantenimiento y su registro Para garantizar en el transcurso del tiempo el valor del factor de mantenimiento de la
instalación, se realizarán las operaciones de reposición de lámparas y limpieza de luminarias
con la periodicidad determinada por el cálculo del factor.
Las operaciones de reposición de lámparas y limpieza de luminarias corresponden al
denominado mantenimiento preventivo, que deben efectuarse con una cierta periodicidad
Iluminación Eficiente de un túnel.
18
fijada por el cálculo del factor de mantenimiento.
Los trabajos de mantenimiento de las instalaciones de alumbrado exterior se pueden clasificar
en preventivos y correctivos.
Corresponden al mantenimiento preventivo los siguientes trabajos entre otros:
Reposición masiva de lámparas.
Operaciones de limpieza de luminarias.
Rondas de inspección.
Mediciones eléctricas y luminotécnicas.
En lo que se refiere al mantenimiento correctivo los trabajos a realizar son los siguientes:
Localización y reparación de averías.
Adecuación de las instalaciones.
Sustitución puntual de lámparas.
Reemplazamiento de elementos de la instalación fuera de uso.
Dotando a la instalación de un sistema de gestión centralizada o telegestión, podrá obtenerse información a tiempo real sobre las incidencias y permitirá reducir las rondas de inspección necesarias. En situaciones previstas de alta intensidad de tráfico o por riesgos particulares, podrán efectuarse rondas adicionales de inspección con la finalidad de comprobar el estado de depreciación de la instalación y la localización de averías.
Iluminación Eficiente de un túnel.
19
6. Ingeniería de iluminación
6.1. Normativa
Actualmente, en términos de iluminación de túneles se sigue la Publicación CIE 88:2004
“Guía para alumbrado de túneles de carretera y pasos inferiores” de la Comisión
Internacional de Iluminación.
Igualmente, el Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado
Exterior (REEIAE) nos remite a la CIE 88:2004 en lo relativo a niveles de iluminación
según el artículo 3.8 de su ITC-EA-02:
<< 3.8 Alumbrado de Túneles y Pasos Inferiores. Se considerarán como valores de referencia, los niveles de iluminación especificados en la Publicación CIE 88:2004 “Guía para alumbrado de túneles de carretera y pasos inferiores”. >>
6.2. Problemática en la iluminación de túneles
Los requerimientos de iluminación en un túnel son completamente distintos durante el día y durante la noche. Durante la noche el problema es relativamente simple y consiste en suministrar unos niveles de luminancia en el interior del túnel al menos iguales a los que existen en el exterior del túnel. Sin embargo, el diseño de la iluminación durante el día es particularmente crítica debido al sistema visual humano. El conductor en el exterior del túnel no puede percibir simultáneamente detalles en la carretera cuando en el exterior hay altos niveles de iluminación y en el interior está relativamente oscuro. Es decir, durante el día los niveles de luminosidad externa son altos y el ojo debe pasar a la escasa iluminación del interior del túnel sufriendo un proceso de adaptación. La mayor problemática se da cuando el sistema visual se adapta a una reducción de la iluminación ambiente, como cuando se pasa de la luz del día a las condiciones de baja iluminación de un túnel, dado que el proceso de ajuste no es instantáneo sino que toma un cierto tiempo. Dependiendo de la amplitud de la reducción, el tiempo de adaptación será mayor cuanto mayor es la diferencia. Para una velocidad dada, esto significa que la diferencia entre el nivel de luz fuera y el de dentro del túnel, mayor será la distancia que el conductor necesitará para adaptarse. Para tener en cuenta este efecto de adaptación, se diseñan distintas zonas de alumbrado hasta llegar a la zona interior del túnel donde la iluminación será menor. Por lo tanto los niveles serán mucho mayores a la entrada e irán disminuyendo gradualmente. Se definen las zonas de iluminación siguientes:
Iluminación Eficiente de un túnel.
20
Zona de aproximación, inmediatamente anterior a la boca del túnel.
Zona umbral, zona de mayor iluminación y de una distancia similar a la distancia de parada.
Zona de transición, zona entre el umbral y la interior donde gradualmente se va disminuyendo los niveles de iluminación.
Zona interior, en esta zona los niveles son mínimos, pues se considera que el ojo ha tenido tiempo de adaptarse.
Zona de salida. Zona que sigue a la zona interior y si es necesario aumenta los niveles para mejorar la visibilidad a la salida del túnel.
El objetivo buscado con la iluminación en un túnel es conseguir los niveles suficientes que garanticen la visibilidad, seguridad y fluidez, de forma que el conductor sea capaz de distinguir el trazado del túnel y los obstáculos que pudiera encontrar en él, atendiendo también a la economía de la solución encontrada. A este respecto, la velocidad de los vehículos es un parámetro fundamental. La distancia de parada de los vehículos define el punto en el cual el conductor observador debe ser capaz de detectar la presencia de un obstáculo y por tanto, como se verá después, la longitud de la zona de entrada. Un incremento en la velocidad de diseño generalmente dará como resultado un incremento en las necesidades de iluminación y consecuentemente en el coste de la instalación. Este hecho sugiere que es deseable reducir la velocidad en la zona de aproximación y en el interior del túnel, pero en vistas a mantener la fluidez del tráfico, la velocidad debería ser similar a la del resto de la vía donde se sitúa el túnel.
El nivel necesario de iluminación en la entrada de un túnel será determinado por los criterios
de visibilidad, o lo que es equivalente, de contraste, ya que un conductor que se acerca a un
túnel o que circula por él, será capaz de distinguir los obstáculos que se encuentran a una
distancia igual a la distancia de parada si el contraste es mayor o igual al nivel, o contraste
mínimo requerido.
El contraste percibido por un conductor se ve afectado por efectos como la luminancia de
velo atmosférica, la luminancia de velo del parabrisas y la luminancia de velo propia del ojo
humano.
Iluminación Eficiente de un túnel.
21
En resumen, se deben de tener en cuenta los siguientes aspectos que afectan a la correcta
visibilidad de obstáculos al entrar en un túnel:
Efecto de agujero negro o efecto de inducción:
Si el ojo del conductor se encuentra en un estado de adaptación a una determinada
distribución de luminancias, únicamente podrá ver aquellos objetos cuya luminancia
sea próxima a la citada distribución. En la aproximación un túnel, las altas
luminancias exteriores hacen que la parte de la retina que recibe la imagen del
exterior ejerza un efecto de inducción sobre la parte que recibe la imagen de la boca
del túnel, haciendo que se vea como un “agujero negro” donde no se percibe ni un
solo detalle.
Influencia de las luminancias de velo:
La luz parásita presente sobre el ojo de los conductores (luminancia de velo foveal o
de Fry), el estado de la atmósfera (luminancia atmosférica) y los reflejos del
parabrisas del vehículo (luminancia del parabrisas), se combinan para formar un velo
luminoso que reduce la visibilidad de los obstáculos a la entrada de los túneles. La
razón principal de la iluminación de un túnel es asegurar en todo momento la
visibilidad de los obstáculos, lo que exige percibir una diferencia entre la luminancia
del obstáculo y la luminancia de fondo o de la calzada y paredes del túnel.
Efecto de adaptación:
Es el efecto que permite el ajuste de la sensibilidad del ojo humano a un cambio en la
distribución de luminancias en el campo de visión. El tiempo que tarda en producirse
la adaptación de la sensibilidad del ojo humano al cambio en la distribución de
luminancias, se denomina tiempo de adaptación. La adaptación de la sensibilidad del
ojo a los cambios rápidos de la distribución de luminancias en el campo visión no es
instantánea, por lo que durante un determinado tiempo la capacidad de visión
disminuye, llegando a producirse una ceguera momentánea en el caso de un cambio
brusco de la distribución de luminancias. Es decir, en algunos supuestos como en el
caso de la entrada de túneles, el problema puede ser grave y dar origen a que no pueda
realizarse la función visual.
Iluminación Eficiente de un túnel.
22
6.3. Cálculo de la curva teórica de luminancias
6.3.1. Definición del túnel
El túnel objeto del proyecto es un túnel destinado a la circulación de vehículos con dos tubos,
un tubo para cada sentido y dos carriles por tubo. Será de sección aproximadamente circular y
su longitud será de 1000 m por lo que entra dentro de la clasificación de túnel de muy largo
recorrido.
Las características son las siguientes:
Número de tubos: 2.
Por tubo: dos carriles de 3,5 m y arcén a cada lado de 1,5 metros
Longitud de cada tubo: 1000 m
Situación: España.
Velocidad de diseño: 80 km/h
Composición del tráfico: mixto.
Flujo de tráfico: 800 veh/hora y carril
Iluminación Nocturna en el exterior del túnel: existe y es igual a 30 cd/m2 en la
entrada de cada túnel.
Se ha considerado un túnel muy generalista y aunque son valores estándar basados en casos
reales, se ha buscado que por sus características sirva de ejemplo en los pasos más
interesantes del cálculo de los niveles de iluminación. Con la elección de un túnel largo y con
dos tubos separados conseguimos que cada tubo tenga todas las zonas posibles de iluminación
bien definidas.
Distancia de seguridad
En una vía de circulación, la elección de la velocidad de diseño tiene especial relevancia y
condiciona los niveles de iluminación necesarios. Cuanto mayor es la velocidad del vehículo,
más larga es la distancia desde la boca del túnel hacia el interior en la que el conductor debe
poder ver, lo que supone mayor longitud de la zona umbral a iluminar. Así mismo, al ser
mayor la distancia, un obstáculo situado en el interior del túnel subtiende un ángulo más
Iluminación Eficiente de un túnel.
23
pequeño en el ojo del conductor y será más difícil de percibir. También el aumento de
distancia hace que la luminancia atmosférica perjudique el contraste percibido y por tanto la
visibilidad de los obstáculos. Por todo ello, un aumento de la velocidad de diseño exige
mayores niveles de iluminación en la zona umbral del túnel y una mayor distancia de dicha
zona, en consecuencia también se elevan los costes económicos.
Además existe una fuerte relación, aunque no lineal, entre el volumen de tráfico y el riesgo de
accidente. Uno de los factores más importantes que afectan a esta relación es la velocidad de
circulación.
La distancia de seguridad DS que es a menudo evaluado por el correcto diseño de la
iluminación es la suma de dos parámetros:
xo que ese la distancia recorrida durante el tiempo de reacción
x que es la distancia recorrida durante el tiempo de frenada. Por tanto la distancia de seguridad (DS) se define como la distancia necesaria para que el conductor detenga su vehículo sin alcanzar un obstáculo en la calzada desde que lo advierte.
Puede ser calculada según la formula siguiente:
Donde
DS = Distancia de Seguridad
RT= Tiempo de reacción-percepción.
V0 = Velocidad de diseño en km/h
g = aceleración de la gravedad (9,81 m/s2 )
V = Velocidad
f1 = Coeficiente de fricción (longitudinal) dependiente de la velocidad.
h = Inclinación de la carretera en %.
DS=RTV 0
3,6+ 1
3,62⋅g⋅∫ V
f 1(V )+h⋅dV
Iluminación Eficiente de un túnel.
24
En carreteras planas, para los tiempos de reacción usuales tenemos los siguientes resultados:
Velocidad de Diseño (Km/h)
120 100 80 70 60 50
DS (Carretera húmeda) (m)
230 160 105 90 70 50
DS (Carretera seca) (m)
150 110 75 65 55 40
Para nuestra velocidad de diseño: 80 km/h según los datos de la tabla, obtenemos una DS de 105 m para condiciones de suelo mojado. Éste es el valor que usaremos para nuestros cálculos.
DS = 105m
6.3.2. Sistema de alumbrado
Actualmente se usan dos sistemas de alumbrado en túneles, el simétrico y el asimétrico a contraflujo.
Podemos caracterizar el alumbrado en túneles por el parámetro de calidad de contraste, o coeficiente de revelado de contraste que es el ratio entre la luminancia de la calzada L en cd/m2 y la iluminancia vertical Ev en un punto determinado del túnel:
Ev mide a nivel de la calzada y en dirección de la circulación de los vehículos orientada hacia la entrada la iluminancia vertical de un obstáculo.
Alumbrado simétrico:
El alumbrado simétrico es el normalmente usado. En éste, la distribución de intensidad luminosa de la instalación de alumbrado es simétrica respecto al plano perpendicular al eje del túnel. Con este alumbrado se pretende favorecer una visión de los obstáculos en contraste positivo, es decir, el objeto se destaca claro sobre el fondo oscuro de la calzada y de las paredes. El sistema simétrico es siempre usado en el interior de los túneles, pudiéndose también usar
qc=LE v
Iluminación Eficiente de un túnel.
25
en la entrada de los mismos si la velocidad de diseño no es muy elevada. Cuando se pretendan
alcanzar niveles de luminancias a la entrada por encima de las 200 cd/m2 habrá que recurrir al
sistema asimétrico “a cotraflujo” o intentar reducir los requerimientos de iluminación en la
zona umbral.
Alumbrado “a contraflujo”:
El sistema de alumbrado a contraflujo dispone las luminarias de forma que dirige la
distribución luminosa contra el sentido de la circulación del tráfico.
Con este sistema se pretende favorecer la visión de obstáculos por contraste negativo, de
forma que destaquen oscuros sobre el fondo claro de la calzada y las paredes del túnel. Esto
se debe a que los obstáculos vistos por los conductores poseen una iluminancia vertical baja,
mientras que la luminancia de la calzada es alta.
Este sistema sólo se usa en la zona de entrada de los túneles cuando la limitación de velocidad
es elevada debido a las ventajas económicas que representa. Nunca se instala en la zona del
interior. El alumbrado asimétrico tiene un rendimiento del alumbrado mayor pero presenta
algunos inconvenientes que limitan su uso como que la sensación de comodidad visual en la
conducción es reducida, pueden provocar un cierto deslumbramiento y que no son muy
apropiados cuando las entradas del túnel permiten gran entrada de la luz natural. Además su
efectividad es menor con altas intensidades de circulación y altos porcentajes de vehículos
pesados. En túneles bidireccionales debe evitarse su utilización dado que modificaría las
condiciones de visión de los conductores que circularan en el carril del sentido opuesto.
6.3.3. Zonas de alumbrado
El citado efecto de adaptación del ojo hace que debamos definir diferentes zonas de iluminación en las que se vaya disminuyendo los niveles de luminancia, teniendo en cuenta el tiempo de adaptación del conductor y los saltos de luminancia que es capaz de admitir su visión para seguir percibiendo los objetos.
Las distintas zonas se enumeran a continuación:
Zona de acceso o aproximación: Es la zona situada inmediatamente antes de entrar en el túnel y tiene una distancia similar a la distancia de seguridad. El conductor debe poder ver dentro del túnel.
Zona umbral: es el primer tramo del túnel, con una distancia igual a la distancia de seguridad. En ella es donde más altos serán los niveles de iluminación.
Zona de transición: Es la zona siguiente a la zona umbral. En ella los niveles de
Iluminación Eficiente de un túnel.
26
iluminación disminuyen progresivamente hasta los niveles más bajos de la zona interior.
Zona Interior: En ella, el ojo ha tenido tiempo suficiente para adaptarse y solo se mantiene una iluminación necesaria para la correcta circulación.
Zona de salida: Al final del túnel también es necesario adaptar la iluminación para los niveles exteriores de la salida.
Estas zonas deben cumplir con la curva de adaptación del ojo, para ello se definen los siguientes parámetros, o luminancias relacionadas con cada una de estas zonas:
L20 Luminancia de la zona de acceso
Lth Luminancia de la zona de umbral
Ltr Luminancia en la zona de transición
Ln Luminancia en la zona interior
Lex Luminancia en la zona de salida
Imagen tomada de la CIE88:2002.
El cálculo de L20 es determinante para el diseño de la instalación. Si no tenemos la
posibilidad de realizar mediciones directas podemos obtenerla de manera aproximada si
Iluminación Eficiente de un túnel.
27
tenemos en cuenta, entre otros parámetros, la situación del túnel y la orientación.
Una vez determinada la L20, podemos determinar la luminancia en la zona de acceso
mediante el factor K, que depende de la DS, del sistema de alumbrado y de la clase de
alumbrado.
Lth=K∙L20
6.3.4. Cálculo de los niveles de iluminación
Luminancia en la zona de acceso (L20)
La Zona de acceso tiene una longitud similar a la distancia de seguridad (DS). Su luminancia L20 se define como la media de la luminancia contenida en un campo de visión cónico de 20 grados centrado en el ojo de un observador situado a una distancia igual a DS y orientado hacia un punto a una altura de ¼ de la boca del túnel. El valor a calcular será el nivel de luminancia máximo que se da con suficiente frecuencia a lo largo del año.
En ausencia de mediciones reales, en este caso se usará un método empírico simplificado para el cálculo de L20. La siguiente tabla extraída de la publicación para iluminación de túneles de dialux da un valor aproximado dependiendo de los porcentajes de cielo y de entorno que se ven en un campo de visión de 20 grados, a una distancia equivalente a DS y de los parámetros definidos más abajo.
Luminancia media de la zona de acceso L20 (Kcd/m2)
Iluminación Eficiente de un túnel.
28
Tipos de Vías
Porcentaje de cielo (%) en los campos de visión cónicos a 20º
35% 25% 10% 0%
NORMAL NIEVE NORMAL NIEVE NORMAL NIEVE NORMAL NIEVE
B A B A B A B A B A B A B A B A
Situación de
brillo en el campo
de visión
(1) (1) (1) (1) (2) (3) (2) (3)
DS de 60 m (4) (4) 4 4 2,5 3 1,5 1,5
DS de 100 a 160
m 4 6 4 6 4 6 4 6 3 4,5 3 5 2,5 5 2,5 5
Siendo:
(1) Efecto dependiente fundamentalmente de la orientación del túnel: “B”: Bajo. En el hemisferio norte: entrada sur. “A”: Alto. En el hemisferio norte: entrada norte.
(2) Efecto dependiente fundamentalmente del brillo de los alrededores: “B”: Bajo. Reflectancias de los alrededores bajas. “A”: Alto. Reflectancias de los alrededores altas.
(3) Efecto dependiente fundamentalmente de la orientación del túnel: “B”: Bajo. En el hemisferio norte: entrada norte. “A”: Alto. En el hemisferio norte: entrada sur. Para entradas este y oeste deben elegirse valores intermedios entre bajo y alto.
(4) Para una distancia de parada de 60 m, no se encuentran en la práctica porcentajes de cielo del 35%
Para nuestro túnel, tendremos:
Entrada SURESTE:
En la entrada sureste, tenemos un 4% de cielo.
Para un 10% de cielo, con reflectancias de alrededores bajas y sin nieve, tenemos un valor de 3, y para porcentaje de cielo 0 será de 2,5. Por lo tanto para nuestro porcentaje de 4% de cielo…
Será un valor de 2.92 kcd/m2
L20 (SE)= 2920 cd/m2
Entrada NOROESTE:
En este caso vamos a suponer un porcentaje de cielo del 10%, con unas reflectancias de alrededores altas, por lo que nuestro valor según la tabla será de 4,5 kcd/m2
L20 (NO)=4500 cd/m2
Iluminación Eficiente de un túnel.
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Luminancia en la zona umbral Lth
Lth es la luminancia al inicio de la zona umbral y se relaciona con L20 a través del factor K.
Para el cálculo del factor K es necesario obtener la clase de alumbrado del túnel, para ello clasificamos el túnel según los siguientes aspectos: la intensidad y la composición del tráfico, el guiado visual y la comodidad de la conducción. Cada uno de ellos se clasifica a su vez con un factor de ponderación que sirve para calcular la clase de alumbrado del túnel.
Intensidad del tráfico
La intensidad de tráfico, medida como número de vehículos por hora y por carril, es usada para obtener el factor de ponderación correspondiente en la siguiente tabla.
Intensidad de tráfico (vehículos/hora por carril) Factor de ponderación
Unidireccional Bidireccional <60 <30 0
60-100 30-60 1 100-180 60-100 2 180-350 100-180 3 350-650 180-350 4
650-1200 350-650 5 >1200 650-1200 6
>1200 7
Vamos a usar un valor de 800 vehículos por hora y carril. Lo que nos da un factor de ponderación por intensidad de tráfico de 5.
Composición del tráfico
Además del número de vehículos por hora, la dificultad de circulación se ve afectada por la composición del mismo en varios aspectos:
- Porcentaje de camiones.
- Presencia o ausencia de motociclistas o ciclistas.
- Limitación o no sobre la circulación con mercancías peligrosas.
El diseño del alumbrado en los túneles debe ser adaptado a la composición del tráfico requiriendo mayores niveles de iluminación en la calzada y las paredes cuando las condiciones son más difíciles o peligrosas.
Iluminación Eficiente de un túnel.
30
En la tabla siguiente se refleja estos aspectos con un factor de ponderación:
Composición del tráfico Factor de Ponderación Trafico motorizado 0
Trafico motorizado (porcentaje de camiones >15%) 1 Tráfico mixto 2
Con un porcentaje de camiones de 16%, el factor de ponderación será de 1.
Guiado visual
La información que recibe un conductor durante el recorrido del túnel debe ser suficiente y adecuada, esto se consigue por ejemplo dividiendo la superficie longitudinal del túnel en varias superficies de contraste, por ejemplo con paredes claras y techo oscuro. El guiado visual es especialmente importante cuando el usuario se aproxima al túnel o si la cota de la entrada es baja.
La siguiente tabla recoge el factor de ponderación en función del guiado visual:
Guiado visual Factor de ponderación Guiado visual bueno 0 Guiado visual pobre 2
El alumbrado debe favorecer el guiado visual del túnel, mejorando la visibilidad de la calzada y de la señalización vertical y horizontal.
Buen guiado visual. Factor de ponderación =0.
El nivel de alumbrado debe facilitar el guiado visual incrementando la visibilidad de la calzada y de la señalización horizontal y vertical. Se recomiendo además la colocación de balizamiento en calzada y paredes, por lo que para clasificar el guiado visual como bueno o no, se debe tener en cuenta la presencia de captafaros u otros dispositivos retroreflectantes o de señalización luminosa.
Comodidad en la conducción
La comodidad en la conducción se debe tener en cuenta a la hora de la elección del alumbrado, entendiéndose como la completa información y la carencia de complejidad en el campo visual.
Los factores de ponderación en función de la comodidad de conducción son los siguientes:
Iluminación Eficiente de un túnel.
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Comodidad en la conducción Factor de ponderación Se requiere una baja comodidad 0 Se requiere una comodidad media 2 Se requiere una comodidad elevada 4
En nuestro caso, tenemos una adecuada información y una complejidad baja en el campo visual por lo que este factor de ponderación será igual a cero
Clase de alumbrado
Según los distintos factores de ponderación calculados, obtenemos la clase de alumbrado en la siguiente tabla:
Suma de factores de ponderación Factor de ponderación 0-3 1 4-5 2 6-7 3 8-9 4 10-11 5 12-13 6 14-15 7
Nuestros factores suman 6, por tanto la clase de alumbrado es 3.
Alumbrado clase 3
Determinación del valor K
Una vez definidos el sistema de alumbrado, la distancia de seguridad y la clase de alumbrado, podemos determinar el valor del parámetro K recomendado que nos relaciona la luminancia de la zona umbral y la zona de acceso para que la entrada al túnel del conductor sea segura desde el punto de vista visual.
Iluminación Eficiente de un túnel.
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Valores de k.103 para la zona umbral.
Sistema de alumbrado Contraflujo Simetrico
Clase de alumbrado Distrancia de seguridad Distancia de seguridad 60 m 100 m 160 m 60 m 100 m 160 m
1 10 15 30 10 20 35 2 15 20 40 20 25 40 3 20 30 45 25 35 45 4 25 35 50 30 40 50 5 30 40 55 35 50 65 6 35 45 60 40 55 80 7 40 50 70 50 60 100
Notas: Para distancias de seguridad comprendidas entre las señaladas(60, 100 y 160m), los valores del factor k se obtienen por interpolación lineal entre las cifras establecidas.
Las distancias de seguridad de 60, 100 y 160 m equivalen respectívamente a velocidades de diseño del tunel de 60, 80 y 100km/h.
El valor de k para una clase 3 y una DS de unos 100m será: 25.10-3 para contraflujo y de 35.10-3 para simétrico.
Nuestra DS es de 105 m.
Vamos a probar con una iluminación simétrica, por lo que nuestro valor k será de 35 para DS=100.
Ponderando, sale una k de 35,8
K=35,8
De esta forma tendremos Lth=K∙L20, con K=35,8
Con los valores de L20 respectivos para cada entrada.
Lth(SE)=104,5 dc/m2
Lth(SE)=161,1 dc/m2
Iluminación Eficiente de un túnel.
33
Longitud de la zona umbral
La longitud total de la zona umbral debe ser al menos igual a la DS. En la primera mitad de esa distancia, el nivel de luminancia debe permanecer igual a la Lth calculada para la entrada. Se recomienda que a partir de la mitad de la zona umbral la luminancia descienda gradual y linearmente hasta un valor de 0,4Lth. Este decremento puede realizarse de forma escalonada pero nunca debe descender por debajo del valor correspondiente al descenso gradual descrito.
Luminancia en la zona de transición
La zona de transición viene tras la zona umbral y en ella la luminancia disminuye desde 0,4Lth hasta los niveles de la zona interior.
La aproximación matemática que representa la curva de adaptación del ojo es la siguiente y se representa en la figura que viene a continuación.
(Esquema según manual Indalux.)
En cualquier punto de la calzada, la luminancia media debe ser igual o superior a la definida por dicha figura. En la práctica se definen varios escalones que sin exceder de la relación 3:1,
Ltr=Lth⋅(1,9+ t)−1,428
Iluminación Eficiente de un túnel.
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vayan disminuyendo la luminancia hasta llegar a un nivel igual a tres veces el nivel de la zona interior, donde se considerará que se ha alcanzado el final de la zona de transición. El último
escalón no debe ser mayor que dos veces la luminancia de la zona interior.
La luminancia media de las paredes no debe ser menor que la luminancia media de la calzada en toda posición del túnel durante la zona de transición.
Luminancia en la zona interior
Entre la zona de transición y la zona de salida se encuentra la zona interior. Se caracteriza porque en ella los niveles de luminancia son constantes y son los más bajos del túnel. Estos niveles se establecen en función de la DS y de la clase del túnel según la siguiente tabla, dichos niveles deben asegurar la visión de obstáculos a una distancia igual o superior a DS y el correcto guiado a lo largo del túnel.
En los túneles considerados de muy largo recorrido se distinguen dos subzonas dentro de la
zona interior. La primera de ellas corresponde a una longitud tal que es cubierta en 30
segundos a la velocidad de diseño y debe ser iluminancia con los niveles dados para los
“túneles de largo recorrido”. La segunda subzona corresponde al recorrido interior restante y
debe ser iluminado con los niveles dados para los “túneles de muy largo recorrido”.
Tabla 6.7.1 CIE 88:2004. Luminancia en la zona interior en túneles largos
Distancia de parada (m) Flujo de tráfico (veh/hora/carril)
Bajo Alto
160 m 6 10
60 m 3 6
Tabla 6.7.2 CIE 88:2004. Luminancia en la segunda subzona interior en túneles largos
Distancia de parada (m) Flujo de tráfico (veh/hora/carril)
Bajo Alto
160 m 2,5 4,5
60 m 1 2
Para distancias de seguridad entre las descritas y flujos de tráfico intermedios se usa la
interpolación lineal para hallar el dato de luminancia.
Para túneles de un solo sentido, los valores de flujo de tráfico se consideran altos si están por
Iluminación Eficiente de un túnel.
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encima de 1500 veh/hora/carril y bajos por debajo de 500.
Tabla 6.7.3 CIE 88:2004. Clasificación del flujo de tráfico.
Flujo de tráfico Un solo sentido Túneles de dos sentidos
Alto >1500 > 400
Bajo < 500 < 100
Como usamos para el diseño un flujo de 800 vehículos por hora y por carril, con una distancia
de parada de 105, interpolando tenemos unas luminancias de 5,4 en la zona interior 1 y de 2,1
en la zona interior 2.
Luminancia en la zona de salida
Para asegurar una adecuada iluminación directa de pequeños vehículos y suficiente visión a
través de los espejos retrovisores, la zona de salida debe ser iluminada de la misma manera
que la zona interior del túnel. En situaciones donde la zona interior es larga, se recomienda
que la luminancia diurna en la zona de salida vaya incrementándose linealmente en una
distancia igual a SD antes del portal de salida, desde el nivel de la zona interior hasta un nivel
5 veces superior a este en los últimos 20 metros del túnel, esto nos deja una luminancia a la
salida de 5*5,46=27,3 cd/m2
La razón de reforzar la iluminación en la zona de salida no es la adaptación del ojo, puesto que este proceso es mucho más rápido al pasar de zonas poco iluminadas a zonas que lo están más. En la zona de salida se deben iluminar los vehículos, especialmente los pequeños ya que en caso contrario podrían permanecer ocultos frente a otros de mayor tamaño debido al deslumbramiento originado por la Luz diurna a la salida del túnel.
Esto también ayuda a tener una mejor visión por los espejos retrovisores en este tramo de salida.
El aumento de la luminancia se hará sin superar la relación 3:1, en una longitud mayor o igual a DS y desde los niveles interiores hasta los niveles adecuados. Estos niveles serán de 5 Lin para clases de alumbrado 6 o 7, nivel que se debe alcanzar unos 20 metros antes de la salida. Para clases de 1 a 5, no es necesario el refuerzo a la salida, aunque si puede ser conveniente en casos donde por orientación o situación del túnel puedan darse fenómenos de deslumbramiento, sobre todo en las horas de salida y ocaso del sol.
Si el túnel está en una carretera iluminada se recomienda dotar de un nivel al túnel entre 1,5 y 2 veces el exterior. Si la carretera no está iluminada, se recomienda iluminar la zona exterior inmediata a la salida
Iluminación Eficiente de un túnel.
36
del túnel en una longitud igual a 2 veces la DS o mínimo 200 m, con un nivel mínimo de 1/3 el que hay en la zona de salida del túnel. Luminancia en las paredes
La luminancia media de las paredes en la zona de umbral, de transición, interior y de salida, hasta una altura de 2 m., debe ser similar a la luminancia media de la superficie de la calzada. Uniformidad de la luminancia de la calzada
Se recomienda un ratio de 0,4 para el mínimo del valor medio de la luminancia en la carretera y sobre los muros hasta dos metros de altura. Se recomienda una uniformidad longitudinal de 0,6 a lo largo del centro de cada carril en la carretera. Tales valores de uniformidad deben ser mantenidos para cada paso de regulación de la instalación de iluminación. Por otra parte, en la zona de transición, así como en la segunda parte de la zona umbral, y en la zona de salida si existiera, la uniformidad de la luminancia debe ser calculada y medida en la parte central de cada etapa de la curva escalonada que sustituye a la curva continua de luminancias. Se recomienda que los valores anteriores deban ser alcanzados independientemente de la longitud de la etapa. Los valores de 0,4 y 0,6 corresponden a los valores para carreteras dados por la CIE 115-1995.
Control de efecto flicker
Los cambios periódicos de luminancia en el campo de visión en un rango determinado de frecuencias y mantenidos un cierto tiempo pueden dar lugar al llamado efecto flicker que causaría molestias y malestar llegando a veces a efectos más graves. Al pasar por un túnel, el conductor puede experimentar estas molestias si la colocación de las luminarias no es correcta. La incomodidad visual experimentada depende de los siguientes factores:
Frecuencia de los cambios de luminancia (frecuencia de parpadeo o Flicker)
Duración total al que se ve sometido el conductor a dicha frecuencia.
Velocidad de cambio de claro a oscuro en un solo ciclo.
Relación entre las luminancias pico entre claro y oscuro.
Iluminación Eficiente de un túnel.
37
Para calcular la frecuencia de parpadeo o Flicker en una zona del túnel, se divide la velocidad del tráfico en metros/segundo por la separación entre luminarias en metros. En general, el efecto flicker es despreciable a frecuencias por debajo de 2,5 Hz y por encima de 15 Hz. Cuando la frecuencia de parpadeo está entre 4 y 11 HZ y la duración es de más de 20 s podrían aparecer las molestias visuales citadas y esas frecuencias deben evitarse a la hora de diseñar la instalación. Si queremos evitar frecuencias entre 2.5 y 15 Hz, para una velocidad de 80 km/h, la distancia
entre dos luminarias consecutivas no debe estar en el rango de 1,5 y 8,8 metros.
Iluminación Eficiente de un túnel.
38
Curvas teóricas de luminancias: cd/m2 frente a metros recorridos en el túnel.
Los niveles de partida son los siguientes: Lth(NO): 104,5 cd/m2. Lth(SE): 161,1 cd/m2
Gráfico de la curva teórica NO-SE. Empieza en 161,1 cd/m2 y desciende hasta 5,4 cd/m2 en
el interior del túnel. Luego llega a 27 cd/m2 a la salida.
Gráfico de la curva teórica de luminancias del túnel SE-NO. Comienza en 104,5, y al igual
que el otro túnel llega en el interior hasta 5,4 cd/m2 y sale a 27 cd/m2.
Iluminación Eficiente de un túnel.
39
6.3.5. Niveles de regulación y sistema de control.
La luminancia en la zona de acceso cambia según las condiciones de la luz diurna.
Como los niveles de las zonas umbral y de transición son porcentajes constantes de la
luminancia en la zona de acceso, es necesario un sistema de control para la iluminación de
estas zonas. El control puede hacerse mediante dispositivos de regulación continua o por
encendido y apagado en diferentes etapas. Como norma general, se toma el factor de
reducción entre etapas no mayor de 3 por causas económicas y de confort visual.
Aunque el sistema de control no entra dentro del alcance de este proyecto, se dan las
siguientes recomendaciones acerca del mismo.
Para que el control sobre la iluminación sea adecuado, la luminancia de la zona de acceso
debe ser monitoreada de forma continua. Para ello se usará un luminancímetro colocado a la
distancia de parada de la boca del túnel y orientado hacia ella. Por razones de mantenimiento
debe montarse a una altura entre 2 y 5 metros sobre la calzada.
El dispositivo mide la luminancia de acceso instantánea, sin embargo, a partir de la misma
debe derivarse su valor medio en un intervalo suficiente de tiempo para no tener en cuenta
perturbaciones momentáneas del valor así como tener en cuenta la deterioración a lo largo del
tiempo de los equipos y la luminancia alcanzada.
Se recomienda medir la luminancia del interior con un segundo luminancímetro. De nuevo
aquí, no es posible medir la luminancia desde la posición del ojo del conductor, por razones
prácticas la altura de montaje debe ser mayor que cualquier camión o similar que pudiera
Iluminación Eficiente de un túnel.
40
cruzar el túnel, por ejemplo unos 4,5 metros. Aun así, la medida será diferente de la que
percibe el conductor por lo que se aplicará un factor de corrección. En general, la diferencia
entre el valor real y el corregido en la zona umbral debe ser tan pequeña como sea posible.
Para cada instalación, la solución más económica debe ser considerada en base a la energía, y
los costes de lámparas y de operación.
El luminancímetro empleado debe ser capaz de medir el valor medio en un cono de 20 grados
según se especifica en la normativa CIE88.2004.
Regímenes: La iluminación en el interior del túnel depende de las condiciones de iluminación exterior en cada momento, por lo que se establecen los siguientes regímenes de funcionamiento: • Nivel 1 : Diurno Alto • Nivel 2 : Diurno Bajo • Nivel 3 . Crepuscular • Nivel 4 : Nocturno Además, para mejorar las condiciones de iluminación y facilitar la visión de los conductores, se deben tener en cuenta los siguientes puntos: En la zona de acceso se aconseja disminuir la luminancia exterior ya sea por medio de paneles, vegetación u oscureciendo el pavimento de forma que el cambio de luminosidad respecto al interior sea mínimo Los recubrimientos de las paredes y techo deben ser oscuros para controlar el deslumbramiento, procurando que tengan un factor de reflexión bajo.
Iluminación en modo nocturno
El alumbrado nocturno debe ser al menos igual al de la carretera de acceso en la entrada según la norma. Dado que se supone que no la carretera no está iluminada, se aplica una disminución del 10% respecto de la iluminación diurna. Como no se especifica nada sobre que longitud debe mantenerse este nivel, se mantendrá al igual que el resto de niveles, hasta una distancia igual a la mitad de DS, disminuyéndolo hasta alcanzar el nivel de iluminación interior especificado por la CIE.88.2004 que se calculó como 5,4 cd/m2, y que se supone igual para todos los niveles de regulación pues no se indica lo contrario. Los valores de uniformidad deben satisfacer las mismas exigencias que en el alumbrado diurno. La vía posterior a la salida del túnel debe iluminarse en una longitud igual a dos veces la
Iluminación Eficiente de un túnel.
41
distancia de seguridad y cómo mínimo en un recorrido de 200m, con una luminancia media superior a 1/3 de la luminancia de la cazada en la zona de salida del túnel.
Elección de luminarias y potencias de iluminación.
Para la iluminación vial del túnel se han elegido luminarias de tecnología LED, disponibles
con un número de leds por luminaria de 30, 60, 80 y 120. El fabricante es RUUD Lighting y
la gama de productos será la “Ruud Lighting LEDWAY E-tunnel”. Se trata de luminarias
con temperatura de color de 4.000 K y rendimiento cromático 75, grado de protección IP66,
alimentación interna en corriente continua a 700 mA (estándar) a través de driver electrónico
de larga duración y una vida útil en condiciones de referencia L70 de más de 100.000 horas
Se van a proponer dos soluciones según el sistema de regulación utilizado. En la solución tipo
1, la regulación se hará por encendido y apagado de circuitos. En la solución tipo 2, la
regulación se llevará a cabo por un sistema de regulación continuo tipo 1-10V.
Las características de las luminarias son las siguientes.
Fabricante: RUUD Lighting.
Modelo: LEDWAY E-Tunnel.
Potencias:
Numero de Leds Potencia Luminaria
(W) Lúmenes
Rendimiento lumínico
30 72 6405 88,96 40 92 8540 92,8 60 139 12810 92,16 80 183 17080 93,33 120 272 25620 94,20
Factor de mantenimiento de la luminaria y vida útil de las luminarias a la corriente de pilotaje
de 700 mA y a condiciones de temperatura de 25 ºC:
Corriente de Pilotaje (estándar)
FDFL 25000 H FDFL 50000 H FDFL 100000 H L70
700 mA 0,94 0,88 0,75 129.000 Horas
Iluminación Eficiente de un túnel.
42
6.4. Curva real de luminancias
Los valores que se han obtenido para las luminancias en la zona umbral son los siguientes:
Túnel NO-SE: Lth(NO)= 104,5 cd/m2
Túnel SE-NO: Lth(SE)=161,1 cd/m2
Estos valores deben ser magnificados según el factor de mantenimiento obtenido Fm=0,8
Tendremos unos valores de:
Túnel NO-SE: Lth(NO)= 130,6 cd/m2
Túnel SE-NO: Lth(SE)=201,4 cd/m2
La curva teórica de luminancias se modifica por igual afectada por el factor de
mantenimiento.
Para hallar la curva de iluminación real usamos el programa DIALUX. De esta forma
definiremos los tramos de iluminación para adaptarnos de forma escalonada a la curva teórica
de luminancias modificada con el fm, siempre sin sobrepasar los valores mínimos definidos
por la misma.
Dado que el factor de mantenimiento nos hace sobredimensionar la instalación con el objetivo
de que al final de la vida de las luminarias aún se mantengan los niveles mínimos exigidos, en
la segunda de las opciones de regulación se propone la posibilidad de medir la iluminancia
real actualizada y usar el sistema de regulación 1-10V para reducir los niveles hasta los
mínimos, reduciendo así el gasto energético propio de la sobredimensión inicial.
Para conseguir esto necesitamos un luminancímetro colocado a la distancia de seguridad de la
boca del túnel y orientado hacia el mismo, y conectarlo al sistema de control de forma que sea
capaz de autorregularse.
Haciendo uso del programa DIALUX definimos los distintos tramos de adaptación a las
curvas de luminancia. Tenemos en cuenta los datos, características y curvas fotométricas
Iluminación Eficiente de un túnel.
43
aportados por el fabricante de las luminarias elegidas.
Las luminancias de los tramos para la adaptación a las curvas teóricas de luminancias se
representan en la siguiente tabla donde se especifican las luminancias de servicio al final de
su vida útil, la distancia de cada tramo, la distancia entre dos luminarias consecutivas en cada
tramo, el tiempo que tarda un vehículo en atravesar cada tramo y la potencia eléctrica
consumida.
En los gráficos de las curvas reales de luminancias se puede observar que en ningún caso la
luminancia conseguida en el tramo desciende por debajo del nivel mínimo exigido en cada
punto. Existen tramos que no cumplen la condición de interdistancia requerida para evitar el
efecto flicker, pero se permite debido a que el tiempo de dicho tramo es mucho menor de 20
segundos.
La distribución de luminarias se puede ver en los planos 3, 4 y 5.
Plano 3. Esquema de luminarias del túnel NO.
Plano 4. Esquema de luminarias del túnel SE.
Plano 5. Luminarias por tramos. Túnel NO.
Plano 6. Luminarias por tramos. Túnel SE.
.
Iluminación Eficiente de un túnel.
44
Tabla de tramos y luminancias
Túnel Tramo cd/m2
Distancia (m)
segundos del tramo
Interdistancia (m)
leds por luminar
ia
Luminarias por tramo
Potencia tipo
luminaria (W)
Potencia tramo
(W)
NO-SE
NO_01 161 71,1 3,2 0,49 60 290 139 40310
NO_02 125 17,7 0,8 0,64 60 56 139 7784
NO_03 93 17,7 0,8 0,85 60 42 140 5880
NO_04 64 15,5 0,7 1,2 60 26 141 3666
NO_05 42 19,9 0,9 1,25 40 32 92 2944
NO_06 27 26,6 1,2 1,48 30 36 72 2592
NO_07 18 64,4 2,9 2,22 30 58 72 4176
NO_08 9,2 71,1 3,2 8,89 60 16 139 2224
NO_09 5,46 591,0 26,6 9,38 40 126 92 11592
NO_10 9,2 17,7 0,8 8,89 60 4 139 556
NO_11 18 33,3 1,5 2,22 30 30 72 2160
NO_12 27 53,3 2,4 1,48 30 72 72 5184
TOTAL
999,9 45 38,99
89068
SE-NO
SE_01 104 71,1 3,2 0,77 60 184 139 25576
SE_02 81 15,5 0,7 0,97 60 32 140 4480
SE_03 64 17,7 0,8 1,27 60 28 141 3948
SE_04 42 17,7 0,8 1,27 40 28 92 2576
SE_05 27 19,9 0,9 1,43 30 28 72 2016
SE_06 18 44,4 2 2,22 30 40 72 2880
SE_07 9,2 55,5 2,5 8,89 60 12 139 1668
SE_08 5,46 653,2 29,4 9,38 40 140 92 12880
SE_09 9,2 17,7 0,8 8,89 60 4 139 556
SE_10 18 33,3 1,5 2,22 30 30 72 2160
SE_11 27 53,3 2,4 1,48 30 72 72 5184
TOTAL
999,9 45 38,79
63924
Iluminación Eficiente de un túnel.
45
Las curvas correspondientes se muestran a continuación. Representan la luminancia en cd/m2
frente a la distancia recorrida en el túnel.
Iluminación Eficiente de un túnel.
46
A continuación se incluyen las hojas de datos de las luminarias utilizadas: 30, 40 y 60 Leds:
Proyecto 110.10.2013
Proyecto elaborado porTeléfono
Faxe-Mail
RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led / Hoja de datos CDL
Luminaria: RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led
Lámparas: 1 x 30 LED 700mA 4K
Página 1
Proyecto 110.10.2013
Proyecto elaborado porTeléfono
Faxe-Mail
RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led / Hoja de datos Deslumbramiento
Luminaria: RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led
Lámparas: 1 x 30 LED 700mA 4K
Para esta luminaria no puede presentarse ninguna tabla UGR porque carece de atributos de simetría.
Página 1
Proyecto 110.10.2013
Proyecto elaborado porTeléfono
Faxe-Mail
RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led / Hoja de datos CDL
Luminaria: RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led
Lámparas: 1 x 40 LED 700mA 4K
Página 1
Proyecto 110.10.2013
Proyecto elaborado porTeléfono
Faxe-Mail
RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led / Hoja de datos Deslumbramiento
Luminaria: RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led
Lámparas: 1 x 40 LED 700mA 4K
Para esta luminaria no puede presentarse ninguna tabla UGR porque carece de atributos de simetría.
Página 1
Proyecto 110.10.2013
Proyecto elaborado porTeléfono
Faxe-Mail
RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led / Hoja de datos CDL
Luminaria: RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led
Lámparas: 1 x 60 LED 700mA 4K
Página 1
Proyecto 110.10.2013
Proyecto elaborado porTeléfono
Faxe-Mail
RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led / Hoja de datos Deslumbramiento
Luminaria: RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led
Lámparas: 1 x 60 LED 700mA 4K
Para esta luminaria no puede presentarse ninguna tabla UGR porque carece de atributos de simetría.
Página 1
Iluminación Eficiente de un túnel.
53
6.5. Regulación de las luminarias
Las luminarias seleccionadas permiten varias opciones de regulación. Frente a la opción de
encendido y apagado de circuitos, contemplamos la posibilidad de una regulación contínua
por el protocolo 1-10V.
Regulación por encendido y apagado de circuitos
En este tipo de sistema, la regulación se realiza dividiendo los circuitos según los distintos
regímenes, de forma que los niveles correspondientes a los mismos se consiguen por
encendido, apagado y combinación de los circuitos.
De esta forma se requiere un circuito correspondiente al alumbrado base, y luego sucesivos
circuitos que irán añadiendo niveles de luminancia para adaptarse a cada nivel de regulación.
Tiene como ventaja la simplicidad pero está limitado en cuanto a número de niveles y
requiere un cuidadoso estudio de la posición de las luminarias para cumplir los requisitos de
iluminación. Además este sistema no mantiene constante la uniformidad de la iluminación
entre niveles.
Regulación continua. Protocolo 1-10V
Las ventajas de este sistema son:
Regulación más versátil con posibilidad de niveles mucho más continuos y no tan
limitados como en el otro sistema.
Conservación de la uniformidad en todos los niveles de alumbrado.
Control punto a punto de la intensidad de iluminación.
Posibilidad de compensación del sobredimensionamiento por el factor de
mantenimiento.
Simplicidad del cableado.
Mayor información del estado de las luminarias al colocar el driver y el plc punto a
punto.
Las desventajas son:
Mayor coste de inversión debido a la instalación de los dispositivos de regulación.
Iluminación Eficiente de un túnel.
54
Requiere un sistema de control más sofisticado.
Selección de sistema de regulación:
Se usará el sistema de regulación continua con protocolo 1-10V.
Según las especificaciones del fabricante, el sistema empleado por Ruud Lighting – Tecartex
para la regulación es el de ondas portadoras con protocolo 1-10V.
Ruud lighting utiliza la tecnología de ondas portadoras para la gestión del flujo luminoso en
las luminarias LED con intensidad de luz regulable. El sistema funciona sobreponiendo al
transporte de corriente una señal de frecuencia más elevada. La regulación de la intensidad de
la luz se efectúa con una señal analógica 1-10V desde un mínimo aproximadamente de 70mA
hasta un máximo de 525 mA o 700 mA según el caso. Las luminarias se sirven de un driver
electrónico con regulación de intensidad al que está adosado un módulo de control
denominado Control Box. El módulo se encarga de dialogar directamente con el driver, tanto
para recibir informaciones sobre el estado y el funcionamiento del mismo como para regular
la corriente de alimentación de los drivers y por lo tanto, la intensidad del flujo luminoso de la
luminaria.
Todas las luminarias pueden ser controladas por una centralita CU collecting Unit que se
encarga de recoger los datos sobre el funcionamiento del driver y de enviar a la control box el
valor de la regulación que debe realizar en el driver. El sistema es programado mediante
software del propio fabricante y que permite crear varios perfiles de regulación de la
intensidad.
Iluminación Eficiente de un túnel.
55
Tabla de regulación con 1-10V:
0-10V Corriente mA
Multiplicador de potencia
Multiplicador de lúmenes
<=1.2 75 0.12 0.22 1.8 125 0.19 0.30 2.0 150 0.22 0.33 2.3 175 0.26 0.36 2.8 225 0.33 0.44 3.3 275 0.40 0.50 3.8 325 0.47 0.56 4.0 350 0.50 0.60 4.8 425 0.60 0.69 5.3 475 0.68 0.75 5.7 525 0.75 0.81 6.0 550 0.78 0.84 6.3 575 0.82 0.87 6.7 625 0.89 0.92
>=7.5 700 1.00 1.00
En base a la tabla anterior se pueden definir los distintos niveles de regulación. La norma
recomienda no aplicar una reducción instantánea superior a 1/3.
Para ello, se usan los siguientes niveles:
0-10V Régimen Corriente
mA Multiplicador de potencia
Multiplicador de lúmenes
<=1.2 Nocturno 75 0.12 0.22 2.8 Crepuscular 225 0.33 0.44 4.8 Diurno Medio 425 0.60 0.69
>=7.5 Diurno Alto 700 1.00 1.00
El primero de ellos sería a plena capacidad: diurno Alto.
Ello nos da las siguientes tablas donde se recogen los valores de potencia y luminancia para
los distintos tramos:
Iluminación Eficiente de un túnel.
56
Tramo Luminancia según el régimen (cd/m2) Potencia según el régimen (W)
Diurno Alto
Diurno Medio
Crepuscular Nocturno Diurno
Alto Diurno Medio
Crepuscular Nocturno
NO_01 161 111,09 70,84 35,42 40310 24186 13302 4837
NO_02 125 86,25 55 27,5 7784 4670 2569 934
NO_03 93 64,17 40,92 20,46 5880 3528 1940 706
NO_04 64 44,16 28,16 14,08 3666 2200 1210 440
NO_05 42 28,98 18,48 9,24 2944 1766 972 353
NO_06 27 18,63 11,88 5,94 2592 1555 855 311
NO_07 18 12,42 7,92 3,96 4176 2506 1378 501
NO_08 9,2 6,348 4,048 2,024 2224 1334 734 267
NO_09 5,46 3,7674 2,4024 1,2012 11592 6955 3825 1391
NO_10 9,2 6,348 4,048 2,024 556 334 183 67
NO_11 18 12,42 7,92 3,96 2160 1296 713 259
NO_12 27 18,63 11,88 5,94 5184 3110 1711 622
Total Túnel NO 89068 53441 29392 10688
SE_01 104 71,76 45,76 22,88 25576 15346 8440 3069
SE_02 81 55,89 35,64 17,82 4480 2688 1478 538
SE_03 64 44,16 28,16 14,08 3948 2369 1303 474
SE_04 42 28,98 18,48 9,24 2576 1546 850 309
SE_05 27 18,63 11,88 5,94 2016 1210 665 242
SE_06 18 12,42 7,92 3,96 2880 1728 950 346
SE_07 9,2 6,348 4,048 2,024 1668 1001 550 200
SE_08 5,46 3,7674 2,4024 1,2012 12880 7728 4250 1546
SE_09 9,2 6,348 4,048 2,024 556 334 183 67
SE_10 18 12,42 7,92 3,96 2160 1296 713 259
SE_11 27 18,63 11,88 5,94 5184 3110 1711 622
Total Túnel SE 63924 38354 21095 7671
Total 152992 91795 50487 18359
Iluminación Eficiente de un túnel.
57
Gracias al software y al sistema de control con luminancímetro, se puede adaptar la
luminancia entregada por el sistema a la luminancia exterior real. De esta forma al inicio, se
puede compensar la sobredimensión dada por el fm , siempre y cuando se mantenga la
luminancia por encima del valor mínimo requerido por la curva de luminancias sin el fm
aplicado.
Iluminación en modo nocturno.
Si el túnel está en una sección de vía iluminada, la calidad de iluminación en el interior del
túnel debe ser al menos igual al nivel de la zona de acceso. La uniformidad en la noche debe
cumplir los mismos requerimientos que durante el día.
Iluminación Eficiente de un túnel.
58
7. Instalación eléctrica
Previsión de cargas
La potencia instalada se ha calculado como la suma de todas las potencias de cada luminaria.
P(circuito) = P (luminaria)*Nº de luminarias
Para la potencia de cálculo no se usa el factor de 1,8 que si se usa en el caso de lámparas de
descarga puesto que las lámparas leds no entran dentro de esta definición y carecen de las
razones por las que es necesario este factor de multiplicación.
La siguiente tabla recoge la potencia por tramos de iluminación.
TRAMO Potencia (W)
NO_01 40310
NO_02 7784
NO_03 5880
NO_04 3666
NO_05 2944
NO_06 2592
NO_07 4176
NO_08 2224
NO_09 11592
NO_10 556
NO_11 2160
NO_12 5184
SE_01 25576
SE_02 4480
SE_03 3948
SE_04 2576
SE_05 2016
SE_06 2880
SE_07 1668
SE_08 12880
SE_09 556
SE_10 2160
SE_11 5184
Total Túnel NO 89068
Total Túnel SE 63924
Potencia total instalada 152992
Iluminación Eficiente de un túnel.
59
La intensidad máxima admisible se ha calculado para la temperatura máxima del aislante.
En los circuitos individuales de alumbrado se ha aplicado el factor correspondiente por
agrupación de circuitos en bandeja perforada.
Para la selección final de los cables se ha tenido en cuenta la longitud máxima del circuito en
base a su sección y a la protección empleada. (Ver bibliografía, capítulo g, tabla g49 de
Schneider electric).
Circuito Potencia (W) Longitud del circuito (m)
C_01 20155,00 500
C_02 20155,00 500
C_03 6832,00 429
C_04 6832,00 429
C_05 9723,39 394
C_06 9723,39 394
C_07 3873,61 396
C_08 3873,61 396
C_09 3950,00 500
C_10 3950,00 500
C_11 6493,40 500
C_12 6493,40 500
C_13 3896,60 256
C_14 3896,60 256
C_15 8784,00 156
C_16 8784,00 156
C_17 6394,00 450
C_18 6394,00 450
C_19 6394,00 500
C_20 6394,00 500
Iluminación Eficiente de un túnel.
60
Correspondencia de los circuitos con los tramos.
Circuito
C_01 Tramo NO_01. Lado A
C_02 Tramo NO_01. Lado B
C_03 Tramos NO_02 y 03. Lado A
C_04 Tramos NO_02 y 03. Lado B
C_05 Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una longitud de 196 metros. Lado A
C_06 Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una longitud de 196 metros. Lado B
C_07 Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A
C_08 Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A
C_09 Tramos NO_10, 11 y 12. Lado A
C_10 Tramos NO_10, 11 y 12. Lado B
C_11 Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud de 396 m. Lado A
C_12 Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud de 396 m. Lado B
C_13 Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado A
C_14 Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado B
C_15 Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado A
C_16 Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado B
C_17 35 m del tramo SE_01. Lado A
C_18 35 m del tramo SE_01. Lado B
C_19 Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado A
C_20 Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado B
La potencia instalada total es 152992 W.
Características del suministro
El suministro será a BT a 230/400V a través de un transformador de la compañía distribuidora y de una acometida hasta el CPM (cuadro de protección y medida). A continuación tendremos los dispositivos de protección y mando de los circuitos de alumbrado que son los únicos considerados en este proyecto. La intensidad de cortocircuito de la red es de 12kA. Valor que se supone facilitado por la compañía distribuidora. La frecuencia es de 50 Hz.
Iluminación Eficiente de un túnel.
61
Caja general de protección. CGP Al tratarse de un suministro a un único usuario, no existe línea general de alimentación (LGA) y la caja general de protección incluye los equipos de medida. Dicho elemento se denominará caja de protección y medida (CPM). En consecuencia, el fusible de seguridad ubicado antes del contador coincide con el fusible que incluye una CGP. Según la ITC-BT-13: Las cajas generales de protección a utilizar corresponderán a uno de los tipos recogidos en las especificaciones técnicas de la empresa suministradora que hayan sido aprobadas por la Administración Pública competente. Dentro de las mismas se instalarán cortacircuitos fusibles en todos los conductores de fase o polares, con poder de corte al menos igual a la corriente de cortocircuito prevista en el punto de su instalación. El neutro estará constituido por una conexión amovible situada a la izquierda de las fases, colocada la caja general de protección en posición de servicio, y dispondrá también de un borne de conexión para su puesta a tierra si procede. El esquema de caja general de protección a utilizar estará en función de las necesidades del suministro solicitado, del tipo de red de alimentación y lo determinará la empresa suministradora. Las cajas generales de protección cumplirán todo lo que sobre el particular se indica en la Norma UNE-EN 60.439 -1, tendrán grado de inflamabilidad según se indica en la norma UNE-EN 60.439 -3, una vez instaladas tendrán un grado de protección IP43 según UNE 20.324 e IK 08 según UNE-EN 50.102 y serán precintables.
Derivación Individual Es la parte de la instalación que, partiendo de la caja de protección y medida, suministra energía eléctrica a una instalación de usuario. Comprende los fusibles de seguridad, el conjunto de medida y los dispositivos generales de mando y protección. Está regulada por la ITC-BT-15. Al no existir LGA, la caída máxima de tensión en la D.I. será del 1,5%. La derivación individual está formada por conductores de cobre 3x(1x240)+1x240+T mm², con aislamiento de PVC, de temperatura máxima de aislante de 70ºC, no propagadores del incendio y con emisión de humos y opacidad reducida. Los cables serán empotrados.
Iluminación Eficiente de un túnel.
62
Dispositivos generales e individuales de mando y protección Siguiendo lo estipulado por la ITC-BT17, los dispositivos generales de mando y protección se situarán lo más cerca posible del punto de entrada de la derivación individual. Los dispositivos individuales de mando y protección de cada uno de los circuitos son el origen de la instalación interior, El cuadro se situará a la mitad de la longitud del túnel, en una de las comunicaciones entre ambos tubos. Los dispositivos generales e individuales de mando y protección serán:
Un interruptor general automático de corte omnipolar, con opción de accionamiento manual y que esté dotado de elementos de protección contra sobrecarga y cortocircuitos.
Dispositivos de corte omnipolar, destinados a la protección contra sobrecargas y cortocircuitos de cada uno de los circuitos interiores.
Interruptores diferenciales en cada uno de los circuitos interiores para la protección contra contactos indirectos. Se prescinde por tanto del interruptor diferencial general.
Todas las masas de los equipos eléctricos protegidos por un mismo dispositivo de protección, deben estar interconectadas y unidas por un conductor de protección a una misma toma de tierra.
Cuadro general. El cuadro se situará a la mitad de la longitud del túnel, en una de las comunicaciones entre ambos tubos en un cuarto habituado para ello y sin ser accesible por el personal no autorizado. Distribución Lo relativo a este apartado se regula según la ITC-BT-19. El tipo de distribución de la instalación seguirá un esquema TT. La derivación Individual se realizará con conductores de cobre y aislamiento PVC, con temperatura máxima de aislante de 70ºC, y tensión asignada de 750V. La instalación interior se realizará con conductores de cobre libre de halógenos, con
Iluminación Eficiente de un túnel.
63
aislamiento RZ1-K(AS) 0,6/1kV. Acompañando a los conductores que forman cada circuito, irá el conductor de protección, con el mismo aislamiento que los conductores activos. Se pondrán a tierra todos los elementos metálicos de la instalación, y todas las tomas de corriente llevarán toma de tierra. El valor de la caída de tensión podrá compensarse entre la de la instalación interior (3% para circuitos de alumbrado) y la de la derivación individual (1,5 %), de forma que la caída de tensión total sea inferior a la suma de los valores límites especificados para ambas (4,5%). La sección del conductor neutro será igual a la de las fases. Las intensidades máximas admisibles se calculan en base a la tabla 1 de la ITC-BT-19. En el caso de los circuitos interiores, se colocarán en bandeja perforada en agrupaciones de 5 circuitos por lo que se aplica un factor de 0,75 a la intensidad máxima admisible según la misma instrucción técnica. La identificación de los conductores seguirá el código de colores especificado en la norma, siendo el color azul para el neutro, el amarillo-verde para el conductor de protección y el marrón, negro y gris para los tres conductores de fase. En la tabla 2 de la ITC-BT-19 se especifica las secciones mínimas para el conductor de protección.
Secciones de los conductores de fase o polares de la instalación. (mm2)
Secciones mínimas de los conductores de protección. (mm2)
S≤16
16<S≤35 35>S
S(*) 16 S/2
(*) con un mínimo de: 2,5 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica. 4 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica.
Iluminación Eficiente de un túnel.
64
Subdivisión de las instalaciones. Toda instalación se dividirá en varios circuitos, según las necesidades, a fin de:
evitar las interrupciones innecesarias de todo el circuito y limitar las consecuencias de un fallo
facilitar las verificaciones, ensayos y mantenimientos
evitar los riesgos que podrían resultar del fallo de un solo circuito que pudiera dividirse, como por ejemplo si solo hay un circuito de alumbrado.
Los circuitos se dividirán por túneles. Habrá 10 circuitos por cada tubo que partirán desde el cuadro situado en el punto medio del túnel, estarán divididos por cada lado del tubo: Lado A y Lado B. Puesto que se ha optado por una regulación de tipo 1-10V sobre todas las luminarias en lugar
de una regulación por encendido y apagado de circuitos, no se ha dispuesto un circuito de
iluminación base, por lo que luminarias consecutivas estarán alimentadas por el mismo
circuito, alternándose entre sus fases R, S y T, hasta llegar al siguiente circuito. En caso de
fallo ocasional de un circuito, dado las luminarias del otro lado seguirán en funcionamiento
alimentadas por el circuito paralelo.
Iluminación Eficiente de un túnel.
65
Correspondencia de los circuitos con los tramos.
Circuito División de tramos en circuitos Potencia del circuito (W)
Longitud del circuito (m)
C_01 Tramo NO_01. Lado A 20155,00 505
C_02 Tramo NO_01. Lado B 20155,00 515
C_03 Tramos NO_02 y 03. Lado A 6832,00 434
C_04 Tramos NO_02 y 03. Lado B 6832,00 444
C_05 Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una longitud de 196 metros. Lado A
9723,39 398
C_06 Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una
longitud de 196 metros. Lado B 9723,39 408
C_07 Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A 3873,61 401
C_08 Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A 3873,61 411
C_09 Tramos NO_10, 11 y 12. Lado A 3950,00 505
C_10 Tramos NO_10, 11 y 12. Lado B 3950,00 515
C_11 Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud
de 396 m. Lado A 6493,40 515
C_12 Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud
de 396 m. Lado B 6493,40 505
C_13 Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado A 3896,60 271
C_14 Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado B 3896,60 261
C_15 Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado A 8784,00 444
C_16 Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado B 8784,00 434
C_17 35 m del tramo SE_01. Lado A 6394,00 490
C_18 35 m del tramo SE_01. Lado B 6394,00 480
C_19 Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado A 6394,00 515
C_20 Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado B 6394,00 505
Equilibrado de cargas
Para que se mantenga el mayor equilibrio posible en la carga de los conductores que forman parte de una instalación, se procurará que aquella quede repartida entre sus fases R, S y T, o conductores polares.
Iluminación Eficiente de un túnel.
66
Protección a sobreintensidades y contactos indirectos
Todo circuito estará protegido contra los efectos de las sobreintensidades que puedan presentarse en el mismo, para lo cual la interrupción de este circuito se realizará en un tiempo conveniente o estará dimensionado para las sobreintensidades previsibles. Según la ITC-BT-17 El interruptor general automático de corte omnipolar tendrá poder de corte suficiente para la intensidad de cortocircuito que pueda producirse en el punto de su instalación, de 4.500 A como mínimo. Los demás interruptores automáticos y diferenciales deberán resistir las corrientes de cortocircuito que puedan presentarse en el punto de su instalación. La sensibilidad de los interruptores diferenciales responderá a lo señalado en la Instrucción ITC-BT-24. Los dispositivos de protección contra sobrecargas y cortocircuitos de los circuitos interiores serán de corte omnipolar y tendrán los polos protegidos que corresponda al número de fases del circuito que protegen. Sus características de interrupción estarán de acuerdo con las corrientes admisibles de los conductores del circuito que protegen.
Iluminación Eficiente de un túnel.
67
8. Cálculos Eléctricos.
Previsión de cargas
La previsión de cargas se hará de acuerdo con lo establecido en la ITC-BT-10 del actual
REBT, así como con lo establecido en la UNE-20460.
La potencia instalada se ha calculado como la suma de todas las potencias de cada luminaria.
P(circuito) = P (luminaria)*Nº de luminarias
Total Túnel NO 89068 W
Total Túnel SE 63924 W
Potencia total instalada 152992 W
Se considera que todas las luminarias podrán estar funcionando al mismo tiempo por lo que el
coeficiente de simultaneidad será igual a 1.
Además la Potencia de Cálculo será igual a la Potencia Instalada dado que para las luminarias
leds no aplicamos ningún factor de corrección.
Cálculo de secciones
El proceso de cálculo, con las fórmulas utilizadas es el siguiente: Intensidad de cálculo:
Donde Pc es la Potencia de Cálculo y U es la tensión. La intensidad máxima admisible se obtiene a través de las tablas del REBT correspondientes o a través de la UNE 20.460-5-523 y su Anexo Nacional. Esta intensidad se corregirá con los factores de corrección adecuados según las condiciones especificadas en la norma.
I= Pc√3⋅U⋅cosϕ
Iluminación Eficiente de un túnel.
68
Caida de tensión:
Donde
P es la potencia de calculo de la línea (W).
L es la longitud de la línea en metros (m).
S es la sección del cable en mm2.
U es la tensión.
cθ es la coductividad a temperatura máxima del aislante utilizado, (70ºC PVC, 90ºC
XLPE).
Para conductores de cobre tenemos los siguientes valores de conductividad:
c70=56/1,20 para el PVC
c90=56/1,28 para el XLPE
Nota: la temperatura ambiente a efectos de cálculos de cableado se considera de 40ºC al aire y
de 25ºC para líneas enterradas.
La norma nos limita la caída de tensión máxima en cada línea.
Cálculos de la D.I.
Sección de la D.I. Para la D.I. la caída de tensión será de 1,5% según la ITC-BT-19, ya que no existe línea general de alimentación (LGA). La sección por caída de tensión de la D.I. será de 13,66 mm2. Para su cálculo se ha aplicado un factor de corrección de 1,2 a la conductividad del cable por ser el aislante de PVC, cuya temperatura máxima es de 70ºC.
S=13,65 mm2
ΔU= Pc⋅Lcθ⋅S⋅U
S= Pc⋅Lcθ⋅ΔU⋅U
Iluminación Eficiente de un túnel.
69
L = 10 m (longitud de la D.I.)
P= 152992 W
c70=56/1,2=46,7 m∙mΩ/mm2 (conductividad del cobre a 70ºC)
∆U=1,5%∙400 = 6 V
U= 400 V La sección comercial inmediatamente superior es de 16 mm2, que según el REBT, instrucción 19, tabla 1 admite una intensidad de 59 A (para cables empotrados con tubo PVC, trifásicos). La Intensidad de carga máxima, o Intensidad de servicio para la D.I será:
Con
P=152992 W
U=400 V
Cos ϕ =0,9
Con una sección de cable de 16mm2, tenemos una intensidad de 245 A, superior a la
intensidad admisible del cable seleccionado. Por criterio de intensidad, el cable sería de
sección: 185 mm2. Con una Intensidad máxima admisible de 268 A.
Protección de la D.I:
La protección de la D.I. se realiza mediante un fusible colocado al principio de la misma antes
de los equipos de medida, el cual debe cumplir las siguientes características:
Protección contra cortocircuitos: El poder de corte del dispositivo debe ser mayor que la
Intensidad máxima de cortocircuito en el punto de colocación del mismo. (protección contra
cortocircuito)
Protección contra sobrecargas: La Intensidad nominal del fusible debe ser mayor que la
intensidad de carga máxima y menor que 0,9Iz (para intensidades nominales mayores que
16A ), siendo Iz la Intensidad máxima admisible del cable conductor.
I= P√3⋅U⋅cosϕ
=245 A
Iluminación Eficiente de un túnel.
70
Para nuestro caso tendremos:
PdC del fusible = 50 kA (mayor que la Intensidad de circuito de la red, valor dado por
la compañía suministradora. Icc =12 kA)
Para In>16 A, la condición de protección a sobrecargas se traduce en Ib ≥ In ≥ 0,9Iz ,
donde Ib es la Intensidad de carga máxima, In es la Intensidad nominal del fusible e
Iz es la Intensidad máxima admisible del conductor.
o Ib = 245 A
o 0,9∙Iz = 241,2 A. Por lo que no es posible.
Esto hace que se haga necesario un aumento de sección en la DI: subimos a 240 mm2, con
una Imax adm =315 A.
Aplicamos la condición Ib ≥ In ≥ 0,9Iz ,con
o Ib = 245 A
o 0,9∙Iz = 283,5 A.
o In=250 A. (comprobar que existen fusibles con esta característica.)
La caída de tensión en la DI queda como:
Esta caída supone sólo un 0,07% de caída de tensión, menos que el 1,5 % permitido. Esto nos
permite que la compensar con la caída en los circuitos finales de alumbrado de forma que se
puede sobrepasar el 3% permitido hasta un 4,4% y así poder limitar la sección de dichos
circuitos.
Cálculo de secciones de los circuitos de alumbrado
Para el cálculo de las secciones de cada circuito se han tenido en cuenta las potencias
instaladas en cada uno por separado, y que dado que las luminarias usan tecnología Led, el
valor de la potencia de cálculo es igual al de la potencia instalada.
ΔU= P⋅Lc⋅S⋅U
= 152992⋅10561.2⋅315⋅400
=0,26V
Iluminación Eficiente de un túnel.
71
Se han seguido los criterios de máxima caída de tensión y de sección por cortocircuito.
A partir de la potencia de cálculo se ha obtenido la mínima sección normalizada que cumple
por el criterio de caída máxima de tensión y se ha comprobado que la intensidad admisible es
superior a la intensidad de carga máxima.
Formulas:
Intensidad a carga máxima:
Seccion por máxima caída de tensión:
L = Longitud de cada circuito en metros.
Pc = Potencia de cada circuito en W
c90=56/1,28 para el XLPE
∆U=4,4%∙400 = 17,6 V
U= 400 V
Para la conductividad se ha usado el valor del cobre a 90ºC, puesto que el aislante es XLPE.
Para obtener las intensidades máximas admisibles para los conductores empleados en las instalaciones interiores o receptoras la ITC-BT-19 apartado 2.2.3, nos remite a la norma UNE 20.460-5-523 y su anexo nacional actualizado en 2004. Para el cálculo se ha tenido en cuenta el factor de corrección correspondiente para la intensidad admisible por el conductor por agrupación varios circuitos en bandeja perforada. Nota: en la siguiente tabla algunas secciones ya se presentan modificadas tras el cálculo de las
protecciones, en el que se han tenido en cuenta las longitudes máximas para cada sección
protegida por el interruptor automático oportuno.
Con una caída de tensión máxima de un 4,4% las secciones normalizadas adecuadas son las
siguientes.
I= Pc√3⋅U⋅cosϕ
S= Pc⋅Lcθ⋅ΔU⋅U
Iluminación Eficiente de un túnel.
72
Circuito Potencia (W)
Longitud del circuito (m)
Sección por caída máxima de tensión (mm2)
Sección normalizada (mm2) (*)
Intensidad máxima admisible del conductor.(A)
Intensidad de servicio (A)
C_01 20155,00 505 32,97 35,00 102,75 32,32
C_02 20155,00 515 33,62 35,00 102,75 32,32
C_03 6832,00 434 9,61 10,00 48,75 10,96
C_04 6832,00 444 9,83 10,00 48,75 10,96
C_05 9723,39 398 12,57 16,00 65,25 10,73
C_06 9723,39 408 12,88 16,00 65,25 10,73
C_07 3873,61 401 5,03 6,00 48,75 11,08
C_08 3873,61 411 5,16 6,00 48,75 11,08
C_09 3950,00 505 6,46 10,00 48,75 6,33
C_10 3950,00 515 6,59 10,00 48,75 6,33
C_11 7834,01 515 13,07 16,00 65,25 6,33
C_12 7834,01 505 12,82 16,00 65,25 6,33
C_13 2555,99 271 2,24 6,00 25,88 10,33
C_14 2555,99 261 2,16 6,00 25,88 10,33
C_15 8784,00 444 12,63 6,00 34,50 14,09
C_16 8784,00 434 12,35 6,00 34,50 14,09
C_17 6394,00 490 10,15 10,00 48,75 10,25
C_18 6394,00 480 9,94 10,00 48,75 10,25
C_19 6394,00 515 10,67 16,00 65,25 10,25
C_20 6394,00 505 10,46 16,00 65,25 10,25
Cuadro de Baja tensión. Protecciones de las líneas de alumbrado.
El cuadro de baja tensión consta de un interruptor automático general y de las protecciones individuales de cada circuito de alumbrado compuestas cada una por un interruptor automático y de un interruptor diferencial.
Para el Interruptor Automático general:
Intensidad de carga máxima: I(D.I.)=245 A.
Iluminación Eficiente de un túnel.
73
Intensidad máxima de cortocircuito:
Con
Elección del IA general:
PdC=15kA >11,5 kA
Ib ≤ In ≤ Iz
Con Ib= 245A y con Iz=315A. Se escoge un IA general de In=250 A
Circuitos de alumbrado:
Protección a sobrecargas:
Se instalan interruptores automáticos de curva tipo B al inicio de cada circuito para la
protección contra sobrecargas, por lo que deben cumplir las siguientes condiciones.
Ib ≤ In ≤ Iz
I2 ≤ 1,45∙Iz
Donde
Ib es la intensidad de carga máxima del circuito.
I ccmax=400/√(3)
Z=11,5 kA
Z=√(Rred+RDI )2+(X red+X DI )
2=0,02Ω
Rred≃0Ω
X red=U F−N
I cc (red )=
400 /√(3)12000
=0,019Ω
RDI=ρ⋅LDI
S DI=(0,018⋅1,2)⋅ 10
240=0,0009Ω
X DI=xlinal⋅LDI=0,00013⋅10=0,0013Ω
Iluminación Eficiente de un túnel.
74
In es la intensidad nominal del IA
Iz es la intensidad máxima admisible del conductor
I2 es la corriente que asegura la actuación del dispositivo en un tiempo largo, que en el caso
de un IA se calcula como I2=1,30In
El tiempo de corte de toda corriente que resulte de un cortocircuito no debe ser superior al
tiempo que tarda el conductor en alcanzar su temperatura máxima admisible. Esta condición
en el caso de interruptores automáticos se transforma en la siguiente:
Iccmin>Im
Im para interruptores de curva tipo b está entre 3In y 5 In.
Para los circuitos de alumbrado se calcula la intensidad mínima de cortocircuito como un
corto fase neutro al final del circuito.
Donde ZF yZN son las impedancias de los conductores de fase y neutro para la sección y
longitud del circuito.
Así mismo se tiene en cuenta la longitud máxima del circuito protegido por el interruptor
automático. Se puede consultar la tabla g48 del capítulo g de Schneider en la bibliografía.
Protección contra contactos indirectos.
La protección diferencial se hará en cada circuito por separado al inicio de cada circuito, de
forma que se prescinde del interruptor diferencial general. La sensibilidad para todos los
circuitos será de 30 mA.
Resumen de secciones y protecciones
En la siguiente tabla se recogen los valores de las secciones y las protecciones para cada uno
de los circuitos de alumbrado.
I ccmin=400 /√(3)Z F+Z N
Iluminación Eficiente de un túnel.
75
Leyenda:
Cto: Nombre del circuito.
L: Distancia del circuito.
S(DU): Sección por caída de tensión máxima a temperatura de aislante máxima.
Snorma: Sección final normalizada para el conductor.
Sneutro Sección del neturo.
Sprot: sección del conductor de protección.
Inorma: Intensidad por sección normalizada.
Fcc: factor de corrección aplicado.
Iadm: Intensidad máxima admisible una vez aplicados los factores de corrección.
Ib: intensidad de carga máxima.
RL:Reactancia de la línea.
Iccmin: Intensidad de cortocircuito mínima.
PDC: Poder de corte delIA.
In: Intensidad nominal del IA.
Iluminación Eficiente de un túnel.
Cto P (W) L (m) S(DU) Snorma
(mm2)
Sneutro
(mm2)
Sprot
(mm2)
Inorma
(A) Instalación Fcc
Iadm
(A) Ib (A) RL
Iccmin
(A) PdC In I.A.
C_01 20155 505 32,97 35 35 16 137,00 Bandeja perf 0,80 109,60 32,32 0,81 283,51 15,00 40,00 C_02 20155 515 33,62 35 35 16 137,00 Bandeja perf 0,80 109,60 32,32 0,82 278,03 15,00 40,00 C_03 6832 434 9,61 10 10 10 65,00 Bandeja perf 0,80 52,00 10,96 2,43 94,51 15,00 16,00 C_04 6832 444 9,83 10 10 10 65,00 Bandeja perf 0,80 52,00 10,96 2,49 92,39 15,00 16,00 C_05 9723 399 12,57 16 16 16 87,00 Bandeja perf 0,80 69,60 15,59 1,40 164,33 15,00 16,00 C_06 9723 409 12,88 16 16 16 87,00 Bandeja perf 0,80 69,60 15,59 1,43 160,32 15,00 16,00 C_07 3874 401 5,03 6 6 6 46,00 Bandeja perf 0,90 41,40 6,21 3,74 61,40 15,00 10,00 C_08 3874 411 5,16 6 6 6 46,00 Bandeja perf 0,90 41,40 6,21 3,84 59,91 15,00 10,00 C_09 3950 505 6,46 10 10 10 65,00 Bandeja perf 0,90 58,50 6,33 2,83 81,24 15,00 10,00 C_10 3950 515 6,59 10 10 10 65,00 Bandeja perf 0,90 58,50 6,33 2,88 79,67 15,00 10,00 C_11 7834 515 13,07 16 16 16 87,00 Bandeja perf 1,00 87,00 12,56 1,80 127,38 15,00 16,00 C_12 7834 505 12,82 16 16 16 87,00 Bandeja perf 1,00 87,00 12,56 1,77 129,90 15,00 16,00 C_13 2556 271 2,24 2,5 2,5 2,5 26,50 Bandeja perf 0,75 19,88 4,10 6,07 37,87 15,00 6,00 C_14 2556 261 2,16 2,5 2,5 2,5 26,50 Bandeja perf 0,75 19,88 4,10 5,85 39,32 15,00 6,00 C_15 8784 444 12,63 16 16 16 87,00 Bandeja perf 0,75 65,25 14,09 1,55 147,71 15,00 16,00 C_16 8784 434 12,35 16 16 16 87,00 Bandeja perf 0,75 65,25 14,09 1,52 151,10 15,00 16,00 C_17 6394 490 10,15 16 16 16 87,00 Bandeja perf 0,75 65,25 10,25 1,72 133,87 15,00 16,00 C_18 6394 480 9,94 10 10 10 65,00 Bandeja perf 0,75 48,75 10,25 2,69 85,47 15,00 16,00 C_19 6394 515 10,67 16 16 16 87,00 Bandeja perf 0,75 65,25 10,25 1,80 127,38 15,00 16,00 C_20 6394 505 10,46 16 16 16 87,00 Bandeja perf 0,75 65,25 10,25 1,77 129,90 15,00 16,00
Iluminación Eficiente de un túnel.
77
9. Planos.
Plano 1. Perfil de la boca del túnel.
Plano 2. Situación de tramos y circuitos.
Plano 3. Esquema de luminarias del túnel NO (dos hojas).
Plano 4. Esquema de luminarias del túnel SE (dos hojas).
Plano 5. Luminarias por tramos. Túnel NO.
Plano 6. Luminarias por tramos. Túnel SE.
Plano 7. Unifilar.
1.50
R5.19
3.503.50
1.50
4.76
0.24
1.27
Unidades en m
etros
Luminarias
NO
01N
O02
NO
03N
O04
NO
05N
O06
NO07
NO
08N
O09
NO
10N
O11
NO
12
SE
11S
E10
SE
09S
E08
SE
07S
E06
SE
05S
E04
SE
02S
E01
SE
03
C01
C03
C05
C07
C09
C10
C08
C02
C04
C06
Lado A
Lado B
EntradaTunelN
O
EntradaTunel
SE
Lado A
Lado B
C14
C16
C18
C20
C12
C19
C13
C15
C11
C.
G.
M.
P.
C17
Leyenda:C
01 - C20: C
ircuitos de alumbrado.
NO
01 - NO
12: Tramos del Túnel N
O.
SE
01 - SE
11: Tramos del Túnel SE.
C.G
.M.P
.: Caja G
eneral de Mando y P
rotección.
a001a002a003a004a005a006a007a008a009a010a011a012a013a014a015a016a017a018a019a020a021a022a023a024a025a026a027a028a029a030a031a032a033a034a035a036a037a038a039a040a041a042a043a044a045a046a047a048a049a050a051a052a053a054a055a056a057a058a059a060a061a062a063a064a065a066a067a068a069a070a071a072a073a074a075a076a077a078a079a080a081a082a083a084a085a086a087a088a089a090a091a092a093a094a095a096
a001a002a003a004a005a006a007a008a009a010a011a012a013a014a015a016a017a018a019a020a021a022a023a024a025a026a027a028a029a030a031a032a033a034a035a036a037a038a039a040a041a042a043a044a045a046a047a048a049a050a051a052a053a054a055a056a057a058a059a060a061a062a063a064a065a066a067a068a069a070a071a072a073a074a075a076a077a078a079a080a081a082a083a084a085a086a087a088a089a090a091a092a093a094a095a096
RS
TR
ST
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b097b098b099b100b101b102b103b104b105b106b107b108b109b110b111b112b113b114b115b116b117b118b119b120b121b122b123b124b125b126b127b128b129b130b131b132b133b134b135b136b137b138b139b140b141b142b143b144b145d001d002d003d004d005d006d007d008d009d010d011d012d013d014d015d016d017d018d019d020d021d022d023d024d025d026d027d028d029d030d031d032d033d034d035d036d037d038d039d040d041d042d043d044d045d046d047
RS
TR
ST
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S
Tramo
NO
-01
C01
C02
C03
C04
Tramo
NO
-02
R R
Tramo
NO
-03
Luminaria de 60 leds
Luminaria de 40 leds
Luminaria de 30 leds
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R
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Tramo
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-05
C01
C02
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C04
C06
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f095f096f097f098f099f100f101f102f103f104f105
ST
RS
TR
ST
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ST
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ST
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C01
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Tramo
NO
-09
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C.G
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RS
TR
ST
RS
TR
ST
RR
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Luminaria de 60 leds
Luminaria de 40 leds
Luminaria de 30 leds
R R
k001k002k003k004k005k006k007k008k009k010k011k012k013k014k015k016k017k018k019k020k021k022k023k024k025k026k027k028k029k030k031k032k033k034k035k036k037k038k039k040k041k042k043k044k045k046n001n002n003n004n005n006n007n008n009n010n011n012n013n014n015n016n017n018n019n020n021n022n023n024n025n026n027n028n029n030n031n032n033n034n035n036n037n038n039n030n041n042n043n044n045n046p001p002p003p004
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TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
T
RS
T
Entrada
Túnel SE
C19
C20
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TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
S
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
ST
RS
TR
ST
RS
Tramo
SE-02
R R
Tramo
NO
-08
Luminaria de 60 leds
Luminaria de 40 leds
Luminaria de 30 leds
RR
C01
C01
TR
T
TR
TR
Tramo
SE-01
R R
SS
Tramo
SE-03
Tramo
SE-04
Tramo
SE-05
Tramo
SE-06
Tramo
SE-07
C17
C18
C16
C15
C19
C20
C17
C18
C16
C15
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ST
RS
TR
ST
RS
T
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
ST
RS
TR
ST
RS
T
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
RS
TR
ST
Tramo
SE-08
C11
C12
Tramo
SE-08
C.G
.M.P
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RS
TR
ST
RS
TR
ST
RR
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ST
RS
TR
ST
RS
T
ST
RS
TR
ST
RS
T
Tramo
SE-11
C11
C12
RS
TR
ST
RS
TR
RS
TR
ST
RS
TR
S S
Salida
Túnel
Tramo
SE-11
Tramo
SE-09
Tramo
SE-10
Luminaria de 60 leds
Luminaria de 40 leds
Luminaria de 30 leds
TT
C13
C14
C19
C20
C17
C18
C16
C15
Luminaria de 60 leds
Luminaria de 40 leds
Luminaria de 30 leds
0.49 m0.64 m
0.85 m
1.48 m1.25 m
1.2 m
2.2 m8.89 m
9.38 m
1.48 m2.2 m
8.89 m
Tramo N
O-01
Tramo N
O-02
Tramo N
O-03
Tramo N
O-06
Tramo N
O-05
Tramo N
O-04
Tramo N
O-10
Tramo N
O-11
Tramo N
O-08
Tramo N
O-09
Tramo N
O-12
Tramo N
O-07
Luminaria de 60 leds
Luminaria de 40 leds
Luminaria de 30 leds
0.77 m0.97 m
1.27 m
1.43 m1.27 m
2.2 m
8.89 m9.38 m
1.48 m2.2 m
8.89 m
Tramo S
E-01
Tramo S
E-02
Tramo S
E-03
Tramo S
E-06
Tramo S
E-05
Tramo S
E-04
Tramo S
E-10
Tramo S
E-11
Tramo S
E-08
Tramo S
E-09
Tramo S
E-07
Imag.gral
In: 250AIcu: 15kA
4x240 + TTx120mm2Cu
IA40A
IDif
30mA
4x35 + TTx16mm2CuC01
20155W505m
IA40A
IDif
30mA
C02
20155W515m
IA16A
IDif
30mA
4x10 + TTx10mm2CuC03
6832W434m
IA16A
IDif
30mA
C04
6832W444m
IA16A
IDif
30mA
4x16 + TTx16mm2CuC05
9723W399m
IA16A
IDif
30mA
C06
9723W409m
IA10A
IDif
30mA
4x6 + TTx6mm2CuC07
3874W401m
IA10A
IDif
30mA
C08
3871W411m
IA10A
IDif
30mA
4x10 + TTx10mm2CuC09
3950W505m
IA10A
IDif
30mA
C10
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IA16A
IDif
30mA
4x16 + TTx16mm2CuC11
7834W515m
IA16A
IDif
30mA
C12
7834W505m
IA6A
IDif
30mA
4x2,5 + TTx2,5mm2CuC13
2556W271m
IA6A
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C14
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30mA
4x16 + TTx16mm2CuC15
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C16
8784W434m
IA16A
IDif
30mA
4x16 + TTx16mm2CuC17
6394W490m
IA16A
IDif
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C18
6394W480m
IA16A
IDif
30mA
4x16 + TTx16mm2CuC19
6394W515m
IA16A
IDif
30mA
C20
6394W505m
4x10 + TTx10mm2Cu
4x35 + TTx16mm2Cu
4x10 + TTx10mm2Cu
4x16 + TTx16mm2Cu
4x6 + TTx6mm2Cu
4x10 + TTx10mm2Cu
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4x2,5 + TTx2,5mm2Cu
4x16 + TTx16mm2Cu
4x16 + TTx16mm2Cu
Iluminación Eficiente de un túnel.
85
10. BIBLIOGRAFÍA
REBT 2002, incluidas sus instrucciones técnicas y su guía de aplicación.
REEAE - Reglamento Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior
http://www.f2i2.net/legislacionseguridadindustrial/REEAE_Guias.aspx
CIE 88:2004.
Iluminación de túneles. Luminotecnia 2002. Publicación Indalux
Protección de circuitos. Cuadernos técnicos, capítulo G. Scheneider electric.
Consideraciones del Comité de Túneles de la ATC (asociación técnica de carreteras) sobre
el empleo de tecnología led en el alumbrado de túneles
www.erco.com (Iluminación)
http://edison.upc.edu (alumbrado de túneles)