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Eficiencia Energética en instalaciones de Alumbrado Público

Valencia, 19 de Octubre de 2010

Eficiencia Energética en instalaciones

de Alumbrado Público

Introducción



• La energía es barata

• ¿Quién paga la factura del alumbrado?

• No hay conciencia social



Introducción



OBJETIVOS DE LA OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA

• Mayor eficiencia energética

• Reducción de emisiones de CO2

• Reducción del resplandor luminoso nocturno (contaminación lumínica)



Introducción

OBJETIVOS DEL ALUMBRADO PÚBLICO

• Crear un ambiente visual nocturno agradable

y uniforme

• Reducción del riesgo de accidentes

• Mejorar la fluidez de la circulación

• Mejorar la visibilidad de los peatones

• Mejorar la seguridad ciudadana (bienes y

personas)



Introducción

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CONSUMO ENERGÉTICO

• Niveles de iluminación deseados

• Régimen de funcionamiento

• Rendimiento de las lámparas

• Eficiencia de las luminarias

• Pérdida de los equipos auxiliares

• Dispositivos de regulación y control

• Otros, ...

• Plan de mantenimiento de las instalaciones



Conceptos Básicos de Alumbrado Exterior

ELEMENTOS CONSTITUTIVOS

• Luminarias

• Lámparas y equipos auxiliares

• Soportes

• Elementos de instalación y protección

• Cuadro de mando y protecciones

• Sistemas de reducción de flujo

• Otros, ...




LUMINARIAS

• Definición: La luminaria es aquel aparato de alumbrado que reparte,

filtra o transforma la luz emitida por una o varias lámparas.

• La clasificación de las luminarias puede establecerse en función

de diferentes aspectos, de los cuales los más comunes atienden

a criterios estéticos, ópticos, mecánicos, eléctricos y en función

del tipo de lámpara.

• Ópticamente la luminaria es responsable del control y la distribución

de la luz emitida por la lámpara.




CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN CRITERIOS ÓPTICOS

• Directas: Emiten entre el 90% y el 100% del flujo luminoso hacia el

plano de trabajo.

• Semi-directas: Emiten entre el 60% y el 90% del flujo luminoso hacia el

plano de trabajo.

• Directas-Indirectas: Emiten del 40% al 60% del flujo luminoso hacia

el plano de trabajo. También emiten hacia el techo y paredes.

• Semi-indirectas: Emiten entre el 60% y el 90% del flujo luminoso

hacia el techo, por encima del plano horizontal.

• Indirectas: Dirigen entre un 90% y el 100% del flujo luminoso

por encima del plano horizontal.




CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN CRITERIOS ÓPTICOS




CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS POR EL MODO DE

DISTRIBUIR EL FLUJO LUMINOSO

• Difusoras: Distribuyen el flujo luminoso de un modo casi uniforme

en todas direcciones. Para crear un nivel luminoso uniforme.

• Reflectoras: Tienen capacidad para reflejar el flujo luminoso en

determinadas direcciones. Para destacar con el alumbrado una

determinada zona ó un punto concreto.

• Refractoras: Para modificar de un modo sustancioso la distribución

del flujo luminoso.




CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

• Según el grado de protección eléctrica que ofrezcan se dividen

en cuatro clases:

Clase Protección eléctrica

0 Aislamiento normal sin toma de tierra

I Aislamiento normal y toma de tierra

II Doble aislamiento sin toma de tierra.

III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensión, sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada.




OTRAS CLASIFICACIONES POSIBLES

• Según la aplicación: Alumbrado viario, alumbrado peatonal,

proyección, industrial, comercial, oficinas, doméstico, etc.

• Según el tipo de lámparas: Para lámparas incandescentes, fluorescentes,

de descarga, etc.

• Según el grado de protección: contra el polvo, los líquidos y los

golpes. Según la normativa actual esta clasificación se designa por

las letras IP seguidas de tres dígitos:




ELECCIÓN DEL TIPO DE LUMINARIA NECESARIA

• Para la elección del tipo de luminaria necesaria se deben

considerar los siguientes aspectos y guardar un equilibrio entre

todos ellos:

• Rendimiento de la misma.

• Pero principalmente la elección está condicionada por la lámpara

utilizada y el entorno.

• Distribución fotométrica de la luminaria.

• Sistema de montaje.

• Deslumbramiento que pueda provocar a los usuarios.

• Clase eléctrica.

• Grado de protección.

• Estética.




LÁMPARAS

• Lámparas incandescentes

• Incandescentes Estándar

• Incandescentes Halógenas

• Luz mezcla

• Lámparas de descarga

• Fluorescentes (Vapor de Mercurio a Baja Presión)

• Vapor de Mercurio a Alta Presión (Color Corregido)

• Principalmente se dividen en los siguientes tipos

• Vapor de Sodio a Alta Presión

• Halogenuros Metálicos

• Vapor de Sodio a Baja Presión

• Inducción

• Leds




LÁMPARAS

• Principales características de los distintos tipos de lámparas

INDICE

REPRODUCCIÓN

CROMÁTICA (Ra)

RENDIMIENTO

(lm/W)

VIDA UTIL (h)

INCANDESCENTE

ESTANDAR

100 7-11 1.000

INCANDESCENTE

HALÓGENA

100 10-20 2.000

FLUORESCENTE 50-95 38-91 10.000

VAPOR DE MERCURIO

ALTA PRESIÓN

45 40-63 16.000

LUZ MEZCLA 50 19-28 6.000

HALOGENUROS

METÁLICOS

60-93 75-95 9.000

VAPOR DE SODIO

BAJA PRESIÓN

0 100-183 14.000

VAPOR DE SODIO

ALTA PRESIÓN

20-65 70-130 16.000

INDUCCIÓN 80 70-95 60.000

LED 50-95 100 40.000 – 60.000




ELECCIÓN DEL TIPO DE LÁMPARA

• Para la elección del tipo de lámpara se deben considerar los siguientes

aspectos:

• Rendimiento de la misma.

• Índice de reproducción cromática (IRC)

• Grado de emisión de calor.

• Vida útil.

• Posibilidad de uso con equipos de reducción de flujo luminoso

(Ahorro Energético).

• Tiempo de estabilización de flujo luminoso.

• Dimensiones, variedad de potencias, costo de adquisición y facilidad

de instalación..

• Tiempo de reencendido.




LÁMPARAS

• Aplicaciones más comunes de los distintos tipos de lámparas

INCANDESCENTE

ESTANDAR

INCANDESCENTE

HALÓGENA

FLUORESCENTE

VAPOR DE MERCURIO

ALTA PRESIÓN

LUZ MEZCLA

HALOGENUROS

METÁLICOS

VAPOR DE SODIO BAJA

PRESIÓN

VAPOR DE SODIO ALTA

PRESIÓN

INDUCCIÓN

Alumbrado exterior, interior, industrial, túneles, ...

Alumbrado público exterior, industrial y en lugares de dificil acceso.

Sustituyen a incandescentes en aplicaciones que no necesitan gran

rendimiento de color. Exteriores e interiores.

Alumbrado deportivo u ornamental.

Alumbrado deportivo u ornamental.

Alumbrado de seguridad y alumbrado de túneles.

APLICACIONES MÁS COMUNES

Alumbrados de interior (hogar, hoteles, tiendas, iglesias, ...), Alumbrado de

acentuación, casos de muy buena reproducción cromática.

Alumbrado decorativo (viviendas, tiendas, oficinas, hoteles, restaurantes, ...),

Alumbrado intensivo para tareas especificas, Alumbrado de zonas públicas,

factorías y pabellones deportivos (alta potencia).

Alumbrado interior (Oficinas, tiendas, colegios, hoteles, industria, ...).




LÁMPARAS

• Alumbrado Vial. Se debe iluminar suficientemente la calzada, alta

eficacia luminosa, aceptable rendimiento de color, no deslumbrar y

posibilidad de sistema de regulación.

• Los tipos de lámparas más adecuados son Sodio Baja Presión para

zonas no peatonales, Sodio Alta Presión, Mercurio Alta Presión y

empiezan a aparecer los leds.

• Alumbrado Ornamental. Se debe crear una imagen atractiva del

objeto a iluminar (edificio, fuente, etc.), buen rendimiento de color y

alta eficacia lumínica.

• Los tipos de lámparas más adecuados son Incandescentes Halógenas,

Halogenuros Metálicos, y siempre que sea posible se recomienda

Sodio Alta, Baja Presión y empiezan a aparecer los leds.




EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL

• Interruptor Fotoeléctrico

• Encendido/Apagado automático por valores prefijados de nivel

de iluminación.

• Deben sustituirse regularmente.

• Cuadros eléctricos adaptados a la nueva normativa

• Su funcionamiento no es totalmente exacto, ya que poseen una

determinada inercia y sus características varían a lo largo del tiempo.





• Reloj Astronómico

• Es el sistema más utilizado. Crea un programa de encendidos y

apagados a partir de los datos de longitud y latitud geográficas

del lugar.

• Opcionalmente se puede combinar el uso de reloj astronómico y

Célula Fotoeléctrica.

• Su precio es más elevado que el Interruptor Fotoeléctrico, pero a

cambio no necesita mantenimiento y su funcionamiento es más

exacto. Su periodo de amortización es corto, de 1 a 4 años.





• Sistema centralizado o inteligente

• Equipos de telecontrol informático, adaptados a las peculiaridades de

funcionamiento de las redes de Alumbrado Público.

• Ahorro energético mediante la desconexión o regulación de la

instalación de alumbrado.

• Ventajas

• Posibilidad de agrupar las luminarias, susceptibles de controlarse

fácilmente.

• Amortización rápida, debido al registro y almacenamiento de datos.

• Ahorro en mantenimiento. Las lámparas se pueden sustituir al

momento de detectarse la avería. El aviso es inmediato.

• Posibilidad de reprogramar ante condiciones climatológicas

anormales.




SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO

CIRCUITO PERMANENTE / A EXTINGUIR

• Sistemas de apagado alternado de luminarias (circuito permanente/a

extinguir). A partir de una determinada hora, se realiza el apagado de

luminarias alternativamente. Este sistema se tiende a dejar de utilizar

por presentar los siguientes inconvenientes:

• Se necesita doble cableado, al precisarse dos líneas independientes

por calle, la de luminarias que quedan encendidas toda la noche y la

de luminarias que se apagarán.

• Baja homogeneidad de iluminación. Se producen zonas de sombra.

• En el caso de fundirse la lámpara que debe quedar encendida toda la

noche, que es lo más fácil, al llevar más horas de funcionamiento,

queda una zona muy amplia de puntos apagados.




• Existen dos tipos, con línea de mando y sin línea de mando (temporizadas).

• En una instalación con equipos auxiliares de doble nivel con línea de

mando, el control del número de horas que las lámparas funcionan a

nivel máximo o a nivel reducido se realiza desde el reloj del cuadro

de maniobra. Con este tipo de equipos se necesita una línea de

mandos desde el cuadro hasta cada punto de luz.

• Los equipos auxiliares de doble nivel sin línea de mando disponen de

un temporizador interno, por defecto programado a 4 horas, tiempo

durante el cual las lámparas funcionan a nivel máximo. El resto del

tiempo funcionan a nivel reducido. Son equipos más caros, pero no

necesitan línea de mando.


EQUIPOS AUXILIARES DE DOBLE NIVEL

• Empiezan a aparecer los balastos electrónicos




• Se instala junto al cuadro de mandos. Toda la alimentación de los

puntos de luz pasa a través del equipo, que actúa a su vez de

estabilizador de tensión.

• El control de funcionamiento a nivel máximo y a nivel reducido lo

realiza internamente, a partir de una señal que le dará el reloj de

cuadro de mandos.

• Aumento de la duración y rendimiento de las lámparas.


REDUCTOR DE FLUJO CENTRALIZADO

• La potencia del equipo debe estar sobredimensionada para prever

posibles ampliaciones en las instalaciones. En el caso que la

potencia de la instalación sobrepase la potencia máxima del equipo,

éste deja de ser útil, debiéndose proceder a su sustitución.





Equipo auxiliar doble nivel Reductor de flujo centralizado

http://www.elt.es/Productos/descarga.htm




RESTO DE COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN

• Cableado. Debe adaptarse a la normativa vigente y estar parcialmente

sobredimensionado para poder admitir equipos de reducción de flujo, y

para que las caídas de tensión no sean superiores a las marcadas por

la normativa.

• Equipos de protección de los equipos y las personas en el cuadro de

mando general. Adaptado a normativa.

• Caja fusible por punto de luz y tomas de tierra según normativa.

• Soportes a pared (brazos murales). Cableado aéreo (por fachadas).

• Columnas ó báculos. Altura y tipo de acuerdo con la zona a

iluminar y el entorno. Cableado subterráneo. Obra civil.




PLAN DE MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES

• Periódicamente se deben realizar los siguientes trabajos:

• Limpieza y revisión de luminarias

• Cambio masivo de lámparas al final de su vida útil

• Revisión de cuadros de mando y comprobación del correcto

funcionamiento de las protecciones.

• Instalación de analizadores de redes para control del factor de

potencia y revisión del régimen de funcionamiento del

alumbrado (encendido, apagado, puesta en marcha de los

equipos de reducción de flujo).



Luminarias de LED

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS

• Buen rendimiento cromático.

• Buena uniformidad.

• Larga vida útil.

• Admite sistemas de ahorro.

• Reencendido instantáneo.



Luminarias de LED

COMPARACIÓN DE MANTENIMIENTOS

Tradicional

(Lámpara)

Tecnología

Diodos LED

Limpieza externa/interna Sí / Sí Sí / No (Sellado)

Reemplazo de lámparas/unidad 6 Meses > 10 Años

Sensibilidad vibraciones y choque Alta Baja

Mantenimiento preventivo Semestral Ninguno



Luminarias de LED

ALGUNOS MODELOS DE LUMINARIAS CON TECNOLOGÍA LED



Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio

OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA

• La optimización energética debe perseguir los siguientes objetivos:

• Mayor eficiencia energética

• Reducción de emisiones de CO2

• Crear un ambiente visual nocturno agradable y uniforme

• Reducción del resplandor luminoso nocturno (contaminación lumínica)

• Reducción del riesgo de accidentes

• Mejorar la fluidez de la circulación

• Mejorar la seguridad ciudadana (bienes y personas)

• Mejorar la visibilidad de los peatones




CONSUMO ENERGÉTICO DE UN ALUMBRADO PÚBLICO

• Para conseguir esta optimización energética, debemos tener presentes

los factores que influyen en el consumo energético de un A.P.:

• Niveles de iluminación adecuados para cada uso

• Régimen de funcionamiento

• Eficiencia de las luminarias

• Rendimiento de las lámparas

• Pérdidas de los equipos auxiliares

• Dispositivos de regulación y control

• Otros, ...




SUBSECTOR DEL ALUMBRADO PÚBLICO

• El 26% de luminarias empleadas en España tienen un

rendimiento inferior al 60%

• Tipos de lámparas más utilizadas

• Vapor de Sodio Alta Presión (VSAP) 71 %

• Vapor de Mercurio Color Corregido (VMCC) 23 %

• Otras 6 %

• Potencia más usuales

• Vapor de Sodio Alta Presión (VSAP) 150 W

• Vapor de Mercurio Color Corregido (VMCC) 125 W y 250 W




SUBSECTOR DEL ALUMBRADO PÚBLICO

• Sistemas de control

• Mediante Célula Fotoeléctrica 52 %

• Mediante Reloj Astronómico 43 %

• Mediante Sistemas de Control Centralizado 5 %

• Sistemas de Ahorro Energético

• Disponen de Regulación de Flujo Luminoso 27 %

• No disponen 73 %




PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN LA AUDITORÍA ENERGÉTICA

• Toma de datos de las instalaciones existentes, datos generales,

inventario, planos, facturas eléctricas, reportaje fotográfico, ...

• Instalación de analizadores de redes durante mínimo 24 horas

L C

A1 A2 A3 kvar kvar

24/01/01 12:03:00 52,21 46,46 56,30 33,798 11,842 0,000 0,94

24/01/01 12:06:00 52,10 46,66 56,23 33,780 11,751 0,000 0,94

24/01/01 12:09:00 52,10 46,23 56,26 33,724 11,724 0,000 0,94

24/01/01 12:12:00 52,06 46,69 56,19 33,716 11,896 0,000 0,94

24/01/01 12:15:00 52,14 46,46 56,26 33,743 11,906 0,000 0,94

24/01/01 12:18:00 52,17 46,62 56,26 33,825 11,887 0,000 0,94

A1 52,13 Potencia Activa 33,764

A2 46,52 Potencia Reactiva 11,834

A3 56,25 Factor de potencia 0,94

PFIIIFecha HoraIntensidad fase (A)

kW




ANALIZADOR 24 HORAS

Analizador 24h

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0:0

0

1:0

0

2:0

0

3:0

0

4:0

0

5:0

0

6:0

0

7:0

0

8:0

0

9:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

Hora

kW




REALIZACIÓN DE PLANOS




PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN LA AUDITORÍA ENERGÉTICA

• Estudio de posibles actuaciones encaminadas a obtener un ahorro

energético y/o un ahorro económico para el municipio:

• Sustitución de lámparas y equipos auxiliares de Vapor de Mercurio

existentes por lámparas y equipos de Vapor de Sodio Alta Presión,

con una eficacia mayor.

• Instalación de condensadores para corrección del factor de potencia

y reloj astronómico para ajuste del régimen de funcionamiento.

• Instalación de sistema de reducción de flujo (equipos auxiliares de

doble nivel ó reductor de flujo centralizado) si no dispone.

• Estudio de la mejor tarifa eléctrica. Aunque con esta actuación no

se produce ahorro energético, si se puede obtener un sustancioso

ahorro económico.




INVERSIÓN Y PERIODO DE RETORNO

• Los equipos de reducción de flujo luminoso, si bien suponen una

importante inversión en el momento de su instalación (tanto los

centralizados como los de doble nivel punto a punto), producen un

importante ahorro energético, en torno a un 40% del total del

consumo, por lo que su amortización es relativamente rápida, en

torno a 2-3 años.

• La diferencia de instalación de un nuevo alumbrado con Vapor de

Sodio en lugar de Vapor de Mercurio es prácticamente inapreciable.

En cambio, para los mismos niveles luminosos, supone un ahorro

energético en torno a un 25%.

• La inversión de sustituir una instalación actual de Mercurio por

Sodio es importante. El periodo de retorno de actuaciones de este

tipo se sitúa en torno a 5-6 años.




INVERSIÓN Y PERIODO DE RETORNO

• Mediante la sustitución de luminarias obtenemos una mejora en la

calidad del alumbrado, pero si no cambiamos a su vez el tipo de

lámpara no se obtiene ahorro energético.

• Mediante la instalación de reloj astronómico en instalaciones

controladas anteriormente con célula fotoeléctrica se reduce el

número de horas de encendido del alumbrado, produciéndose un

consumo más racional.

• Mediante la instalación de condensadores se regula el factor de

potencia de la instalación, eliminando el consumo de energía

reactiva y obteniéndose un abono por parte de la compañía

eléctrica.



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