INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/11442/1/19.pdfCAPÍTULO 2...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO

INGENIERÍA ELÉCTRICA

“PROPUESTA PARA EL USO DE LEDS EN LA ILUMINACIÓN

DE LA AVENIDA INSURGENTES NORTE DE LA CIUDAD DE

MÉXICO”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTAN :

DELGADILLO RAMIREZ GUSTAVO

GARCÍA MANCILLA LUIS IVÁN

ASESORES:

ING. GUILLERMO BASILIO RODRÍGUEZ

M. en C. ERIKA VIRGINIA DE LUCIO RODRÍGUEZ

RESUMEN

El presente trabajo está orientado en hacer una propuesta de iluminación en la avenida

insurgentes norte en el Distrito Federal con el uso de luminarias tipo LED, y así demostrar que

con el uso de estas luminarias se tiene un mayor ahorro de energía en comparación con otras

luminarias; Para desarrollar esta propuesta en necesario conocer esta nueva tecnología así

como los conceptos básicos de iluminación. Un buen sistema de iluminación en el alumbrado

público tiene como finalidad principal proporcionar condiciones mínimas para el tránsito

seguro de peatones y vehículos en las vialidades.

ÍNDICE

JUSTIFICACIÓN 1

PRESENTACIÓN DEL PROYECTO DE TESIS 2

OBJETIVO 3

CAPÍTULO 1. TEORÍA Y GENERALIDADES DEL DIODO EMISOR DE LUZ (LED)

1.1 QUÉ ES EL DIODO EMISOR DE LUZ 5

1.1.1 DIODO SEMICONDUCTOR 5

1.1.2 POLARIZACIÓN DIRECTA 6

1.1.3 POLARIZACIÓN INVERSA 7

1.2 COMPONENTES DE UN LED 7

1.2.2 TIPOS DE ENCAPSULADO 8

1.3 COMPOSICIÓN DE LOS LEDS 9

1.4 FUNCIONAMIENTO DEL LED 10

1.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS LEDS 11

1.6 APLICACIONES DE LEDS 11

1.7 LIMPIEZA DE LOS LEDS 12

CAPÍTULO 2. PROCESO VISUAL Y CONCEPTOS DE ILUMINACIÓN

2.1 LOS FACTORES INVOLUCRADOS EN LA VISTA 14

2.2 ASPECTOS FISIOLOGICOS DEL ALUMBRADO 16

2.2.2 EL NERVIO ÓPTICO ENVÍA LA IMAGEN AL CEREBRO 16

2.2.3 EL IRIS 16

2.2.4 REQUERIMIENTOS DE UNA INSTALACIÓN DE ALUMBRADO 16

2.3 LA LUZ Y COLOR 17

2.4 FLUJO LUMINOSO 17

2.5 ILUMINANCIA (E) 18

2.5.2 ILUMINANCIA EN EL ALUMBRADO PÚBLICO 18

2.6 INTENSIDAD LUMINOSA (I) 19

2.7 RENDIMIENTO LUMINOSO O EFICACIA LUMINOSA 20

2.8 LUMINANCIA 20

2.8.2 LA LUMINANCIA EN EL ALUMBRADO PÚBLICO 20

2.9 ASPECTO CROMÁTICO O TEMPERATURA DE COLOR 22

2.10 ÍNDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR 22

2.11 EFECTO ESTROBOSCOPIO 22

2.12 LUX 22

2.13 LUMINARIA 22

CAPÍTULO 3. ALUMBRADO PÚBLICO

3.1 ALUMBRADO PÚBLICO 24

3.2 ALUMBRADO POR PROYECCIÓN 24

3.3 CALCULO DE LA ILUMINACIÓN 24

3.3.2 El ALUMBRADO POR PROYECCIÓN 25

3.3.3 DETERMINACIÓN DE LA ALTURA DE LAS COLUMNAS 25

3.3.4 NIVELES DE ILUMINACIÓN 26

3.3.5 LUMINARIAS PARA INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO 27

3.3.6 RENDIMIENTO EN LUMINARIAS 29

3.3.7 FACTOR DE UTILIZACIÓN 30

3.4 ILUMINACIÓN DE CALLES 31

3.4.2 LUMINARIAS 31

3.5 POSTES 32

3.6 ALUMBRADO DE CALLES 33

3.6.2 REQUISITOS DE UNA INSTALACIÓN DE ALUMBRADO PÚBLICO 34

3.6.3 DISPOSICIÓN DE LOS CENTROS LUMINOSOS O LUMINARIAS 36 3.6.3.2 UNILATERAL CON POSTES 36 3.6.3.3 BILATERAL CON POSTES CON CENTROS ALTERNADOS 36 3.6.3.4 DISPOSICIÓN BILATERAL CON POSTES CON CENTROS OPUESTO 37 3.6.3.5 DISPOSICIÓN CON LUMINARIAS DOBLE AL CENTRO 38 3.6.3.6 CURVAS 39 3.6.3.7 CRUCERO DE CALLES 40 3.6.3.8 EN LAS PLAZAS Y GLORIETAS 40

3.7 ALIMENTACIÓN Y SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA AL ALUMBRADO PÚBLICO 42

3.8 CALCULO DE ILUMINACION EXTERNA 43

3.9 MÉTODO DEL FLUJO TOTAL 44

3.9.2 ALTURA DE LA INSTALACIÓN 44

3.9.3 DISTANCIA ENTRE LUMINARIAS 45

3.9.4 SUPERFICIE POR ILUMINAR 46

3.9.5 FLUJO LUMINOSO 47

CAPÍTULO 4. PROPUESTA PARA EL USO DE LEDS EN LA ILUMINACIÓN DE LA AVENIDA INSURGENTES NORTE DE LA CIUDAD DE MÉXICO

4.1 CASO DE ESTUDIO 49

4.2 PROPUESTA DE ILUMINACIÓN PARA ALUMBRADO PÚBLICO 52

4.3 CARACTERÍSTICAS: LÁMPARAS CON LEDS DE ALTA INTENSIDAD LUMINOSA PARA ILUMINACIÓN DE VÍAS RÁPIDAS 53

4.4 PARÁMETROS TÉCNICOS DE LUMINARIAS LED PROPUESTAS PARA AVENIDA INSURGENTES 56

4.4.2 COSTO DE LUMINARIAS TIPO LEDS 59

4.5 CALCULOS DE ILIMINACIÓN 60

4.6 COSTO BENEFICIO ENTRE LÁMPARAS LED Y VAPOR DE SODIO/ADITIVOS METÁLICOS 78

4.6.2 ANÁLISIS COMPARATIVO (COSTO DE ENERGÍA) 80

4.7 NORMAS TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN Y ENTREGA PARA INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO 81

CONCLUSIÓN 83

APÉNDICE 85

REFERENCIAS 94

ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO 1 Conceptos, Teoría Y Generalidades Del Diodo Emisor De Luz

Fig. 1.2 Símbolo Del Diodo 5 Fig. 1.3 Representación De La Unión P-N 6 Fig. 1.4 Representación De La Unión P-N Polarización Directa 6 Fig. 1.5 Representación De La Unión P-N Polarización Inversa 7 Fig. 1.6 Partes de un Led 8 Fig. 1.3 Representación Del Funcionamiento de un Led 10

CAPÍTULO 2 Proceso Visual Y Conceptos Básicos De Iluminación

Fig. 2.1 Comparación Del Ojo Con Una Cámara 14 Fig. 2.2 Espectro Visible Por El Hombre (Luz) 17 Fig. 2.3 Representación Iluminación En Alumbrado Público 19 Fig. 2.4 Representación De Luminancia En El Alumbrado Público 21

CAPÍTULO 3 Alumbrado Público

Fig. 3.1 Distancia de los postes al área a iluminar 25 Fig. 3.2 Alcance De Longitud. 28 Fig. 3.3 Disposición Transversal 28 Fig. 3.4 Rendimiento De Luminaria Con Respecto A Tres Puntos 29 Fig. 3.5 Factor De Utilización 31 Fig. 3.6 Coeficiente De Iluminación En Alrededores 35 Fig. 3.7 Disposición De Luminarias En Zonas Unilaterales 36 Fig. 3.8 Disposición De Luminarias En Zonas Bilaterales Con Centros Alternados 37 Fig. 3.9 Disposición De Luminarias En Zonas Bilaterales En Centros Opuestos 37 Fig. 3.10 Disposición De Luminarias Doble Al Centro 38 Fig. 3.11 Disposición De Luminarias En Tramos Rectos O Separados 39 Fig. 3.12 Disposición De Luminarias En Zonas Curvas 39 Fig. 3.13 Disposición De Luminarias En Cruces 40 Fig. 3.14 Disposición De Luminarias En Plazas Y Glorietas 40 Fig. 3.15 Disposición De Luminarias En Pasos Peatonales 41 Fig. 3.16 Disposición De Luminarias En Presencia De Arboles 41 Fig. 3.17 Diagrama De Alimentación Trifásica Con Celda Fotoeléctrica De Encendido 42 Fig. 3.18 Localización De Áreas Sin Iluminar 46

CAPÍTULO 4 Propuesta Para El Uso De Leds En La Iluminación De La Avenida Insurgentes Norte De

La Ciudad De México Fig. 4.1 Ubicación De La Zona De Propuesta 49 Fig. 4.2 Fotos De Iluminación En La Zona Propuesta 50 Fig. 4.3 Iluminación De Estado Solido Con Leds De Alta Intensidad 53 Fig. 4.4 Luminaria Led LU2 53 Fig. 4.5 Luminaria Led LU4 54 Fig. 4.6 Luminaria Led LU6 54 Fig. 4.7 Iluminación con leds en la avenida viaducto 58 Fig. 4.8 Curva De Factor De Utilización 62 Fig. 4.9 Fotometría Luminaria LU6 63 Fig. 4.10 Fotometría Luminaria Plana 64 Fig. 4.11 Haz Luminoso De Carreteras Y Caminos 65 Fig. 4.12 Haz Luminoso De Tres Lámparas Con Disposición Unilateral 65 Fig. 4.13 Análisis De Haz Luminoso En El Borde Ancho Y Largo 66 Fig. 4.14 Curva Factor De Utilización 72 Fig. 4.15 Efecto Lumínico 73 Fig. 4.16 Análisis Del Haz Luminoso Al Centro Al Borde Y A Lo Largo 73

ÍNDICE TABLAS

CAPÍTULO 1 Conceptos, Teoría Y Generalidades Del Diodo Emisor De Luz

Tabla 1.1 Longitud de onda y color de un led de acuerdo a su compuesto químico 9

CAPÍTULO 3 Alumbrado Público Tabla 3.1 Altura De Postes Para Montaje De Luminarias 26 Tabla 3.2 Tipo De Vía Y Niveles De Iluminación 27 Tabla 3.3 Alcance De Longitud 28 Tabla 3.4 Dispersión Transversal 28 Tabla 3.5 Características De La Vía 30 Tabla 3.6 Longitud De Los Brazos 33 Tabla 3.7 Iluminación Recomendada Para Calles (Luxes) 33 Tabla 3.8 Escala De Deslumbramiento 35 Tabla 3.9 Relación Altura Y Anchura De Montaje De Una Lámpara 38 Tabla 3.10 Altura Y Montajes Recomendables Para Luminarias 44 Tabla 3.11 Relación Distancia Entre Luminarias Y Altura De Montaje 45

CAPÍTULO 4 Propuesta Para El Uso De Leds En La Iluminación De La Avenida Insurgentes Norte

De La Ciudad De México Tabla 4.1 Comparación De Luminarias De Vapor De Sodio Y Aditivos Metálicos 51 Tabla 4.2 Parámetros Técnicos De Luminarias Tipo Led 56 Tabla 4.3 Precios De Luminarias Tipo Led 59 Tabla 4.4 Luxes Promedio 60 Tabla 4.5 Altura De Montaje 61 Tabla 4.6 Longitud De Montaje 61 Tabla 4.7 Distancia Entre Luminarias 61 Tabla 4.8 Superficie A Iluminar 62 Tabla 4.9 Altura Montaje Y Longitud Del Brazo 70 Tabla 4.10 Superficie A Iluminar 71 Tabla 4.11 Análisis comparativo entre leds y vapor de sodio/aditivos metálicos 80 Tabla 4.12 Análisis comparativo a 5 años 80


1

JUSTIFICACIÓN

Hoy en día en el alumbrado público se utilizan luminarias que requieren mantenimiento

constante y periódico para asegurar su buen funcionamiento; además de que suelen fallar

cotidianamente consumen una mayor cantidad de energía, y esta cantidad de energía es

reflejada en el dinero, así como también emiten gases contaminantes dañinos para el medio

ambiente.

Por lo cual en esta tesis se analiza la viabilidad del uso de luminarias de LEDS, en lugar de las

lámparas convencionales que se usan en las avenidas principales del Distrito Federal (vapor de

sodio y aditivos metálicos). Las luminarias de LEDS cuentan con un mayor tiempo de vida útil,

aproximadamente 50,000 horas de vida de esta manera su mantenimiento no es constante,

cuentan con un mayor ahorro de energía del 50 o 60 % y una mayor calidad cromática.


2

PRESENTACIÓN DEL PROYECTO DE TESIS

La elección de este tema fue basado en la forma de conseguir un ahorro de energía y

menor mantenimiento en el alumbrado público. Ya que en la actualidad las lámparas que

se utilizan cuentan con horas de vida menores, su intensidad luminosa su eficiencia y su

consumo de energía son menores. Si es comparada con lámparas tipo LEDS.

Si bien es cierto que los precios de estas lámparas son elevados con respecto a las demás

lámparas, es la inversión más adecuada, eficaz y rentable. Este tipo de luminarias cuentan

con un bajo consumo de energía, mayor vida útil de 50,000 a 100,000 horas de vida así de

esta manera la inversión en mantenimiento es menor.

Con la nueva tecnología de luminarias LEDS, se ha creado la nueva iluminación a base de

los mismos para interiores y exteriores. Existen lámparas de LEDS para iluminar el hogar,

oficinas, salas de conferencias y plazas comerciales en interiores; ahorrando más de 50%

y hasta 80% de energía así de esta manera se puede sustituir las lámparas compactas y las

lámparas incandescentes por lámparas con LEDS. Con una vida útil de 50,000 horas a

Larga Vida, hasta 50,000 a 100,000 horas de vida lo cual es todavía más larga que las

antiguas lámparas y las ahorradoras de energía.

Utilizándolas por 10 horas diarias, su tiempo de vida es de 13 años o más, es de 5 a 10

veces más vida útil que las lámparas tradicionales de sodio de mercurio o las lámparas

incandescentes, además de proteger el ambiente.


3

OBJETIVO

Proponer el uso de Luminarias de LEDS para alumbrado público en la avenida insurgentes

norte en el Distrito Federal. Con el fin de obtener un ahorro de energía y tener un buen

sistema de iluminación en el alumbrado público obteniendo un mayor rendimiento y

calidad visual para los usuarios (conductores y peatones).


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CAPÍTULO

1

TEORÍA Y GENERALIDADES DEL DIODO EMISOR DE LUZ (LED)

[1] Carlos Jiménez, “Manuales de luminotecnia oficinas” ediciones ceac [2]Jesús Trshorras Montecelos, “Diseño de Instalaciones Eléctricas de alumbrado” PARANINFO Thompson learning [3]” Curso Básico de Iluminación de la Sociedad Mexicana de Ingeniería de Iluminación A.C.”


5

CAPÍTULO 1 En este capítulo se verán las características básicas del diodo emisor de luz (estructura, tipos de encapsulado y las formas de polarizarse).

1.1 QUÉ ES EL DIODO EMISOR DE LUZ

Es un dispositivo semiconductor que emite luz en un espectro reducido cuando se polariza de forma directa con la unión PN, en la cual circula por él una corriente eléctrica. El LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico que es más resistente que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones decorativas, ya que esto no influye para nada en el color de la luz emitida. Para obtener una buena intensidad luminosa se debe escoger muy bien la corriente que atraviesa al LED y así de esta manera se puede evitar que se pueda dañar. El diodo LED tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y una vida aproximada de 100,000 horas.

Figura 1.1 símbolo del diodo emisor de luz

1.1.1 DIODO SEMICONDUCTOR

El diodo semiconductor está constituido principalmente por la unión P-N, sus terminales que corresponden al ánodo son los de la zona P y las terminales que corresponden al cátodo son los de la Zona N. El semiconductor tipo N tiene electrones libres, quiere decir que tiene exceso de electrones y el semiconductor tipo P tiene huecos libres, quiere decir que tiene falta de electrones.

http://www.monografias.com/trabajos11/coele/coele.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/colarq/colarq.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/consumo-inversion/consumo-inversion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Diode01.svg


6

Fig. 1.2 representación de la unión P-N

1.1.2 POLARIZACIÓN DIRECTA

Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo. En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito.

Fig. 1.3 representación de la unión P-N polarización directa


7

1.1.3 POLARIZACIÓN INVERSA

Es cuando la corriente en el diodo circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto.

Fig. 1.4 representación

De la unión P-N polarización inversa

1.2 COMPONENTES DE UN LED

1. Lente Epoxico

Este lente mantiene todo el paquete estructurado, determina el haz de luz, protege al chip reflector, además de extraer el flujo luminoso.

2. Cable Conductor

Es un cable muy delgado de oro, el cual conecta cada terminal a cada uno de los postes conductores.

3. Chip

Consiste en dos capas de material emisor semiconductor, cuando los átomos son excitados por un flujo de corriente intercambiando electrones, creando la luz.

4. Reflector

Está por debajo del Chip reflejando y proyectando luz hacia fuera, sólo un 3% se queda atrapado.


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5. Cátodo

Poste hecho de aleación de cobre y conduce carga negativa, el cátodo es más corto que el ánodo para facilitar un ensamble más rápido y preciso en el circuito.

6. Ánodo

Poste hecho en aleación de cobre y conduce carga positiva.

Fig. 1.5 Partes de un led

1.2.2 TIPOS DE ENCAPSULADO

Transparente o (agua transparente): Es el utilizado en LEDS de alta potencia de emisión, ya que el propósito de estos es fundamentalmente iluminar, es importante que estos encapsulados no absorban de ninguna manera la luz emitida.

Coloreados: Similar al anterior pero coloreado con el color de emisión de sustrato similar al vidrio de algunas botellas, se usa principalmente en LEDS de mediana potencia y/o donde sea necesario identificar el color del led aun apagado.


9

Difuso: Estos LEDS tienen un aspecto más opaco que los anteriores y están coloreados con el color de emisión, poseen pequeñas partículas en suspensión de tamaño microscópicos que son las encargadas de desviar la luz, este tipo de encapsulado le quita mucho brillo al LED pero le agrega mucho ángulo de visión ya que los múltiples rebotes de la luz dentro del encapsulo le otorgan un brillo.

Lechosos: Este tipo de encapsulado es un tipo difuso pero sin colorear, estos encapsulado son muy utilizados en

LEDS bicolores o multicolores.

1.3 COMPOSICIÓN DE LOS LEDS

Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.

Tabla 1.1 Longitud de onda y color de un LED según el compuesto de este

LONGITUD DE ONDA Y COLOR DE UN LED SEGÚN EL COMPUESTO DE ESTE

COMPUESTO COLOR LONG. DE ONDA

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940nm

Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs)

Rojo e infrarrojo 890nm

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

Rojo, naranja y amarillo 630nm

Fosfuro de galio (GaP) Verde 555nm

Nitruro de galio (GaN) Verde 525nm

Nitruro de galio e indio (InGaN)

Azul 450nm

Carburo de silicio (SiC) Azul 480nm


http://es.wikipedia.org/wiki/Galio

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Indio_(elemento)

http://es.wikipedia.org/wiki/Carburo_de_silicio


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1.4 FUNCIONAMIENTO DEL LED

El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía, esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. Cuando al polarizar directamente un diodo LED conseguimos que por la unión PN sean inyectados huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P, O sea los huecos de la zona p se mueven hacia la zona N y los electrones de la zona N hacia la zona P, produciéndose una inyección de portadores minoritarios. Ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el Diodo. Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable.

Fig. 1.6 representación del funcionamiento del LED

Cuando estos portadores se recombinan, se produce la liberación de una cantidad de energía proporcional al salto de banda de energía del material semiconductor. Una parte de esta energía se libera en forma de luz, mientras que la parte restante lo hace en forma de calor.

http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/semi/semi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml


11

La energía contenida en un fotón de luz es proporcional a su frecuencia, es decir, su color. Cuanto mayor sea el salto de banda de energía del material semiconductor que forma el LED, más elevada será la frecuencia de la luz emitida.

1.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS LEDS

VENTAJAS

Larga vida. Con funcionamientos a tensión nominal, con la corriente y el ambiente adecuados los LEDS tienen una larga vida aproximadamente de 100,000 horas.

Alta eficacia luminosa y baja emisión de calor. Los LEDS pueden usar casi toda la energía en luz y por lo tanto el rendimiento de los mismos se traduce en muy alta eficacia luminosa y baja emisión de calor. Uno de los mejores LEDS en mercado emite 321 lm/w.

Protección al medio ambiente. Los LEDS están fabricados con materiales no tóxicos diferencia de las lámparas de vapor de sodio que plantean un peligro de contaminación y pueden ser reciclados.

Encendido instantáneo. Los LEDS no tardan en encender como las lámparas que usualmente se usan en alumbrado público como las lámparas de aditivos metálicos y vapor de sodio a baja y alta presión.

DESVENTAJAS

Precio. El mayor inconveniente que tiene los LEDS son su precio, pero si se evalúa sus múltiples condiciones de funcionamiento y más que nada su larga vida en comparación con los demás sistemas de iluminación.

1.6 APLICACIONES DE LEDS

Los diodos infrarrojos se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de control remoto. Los LED se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.) y en paneles informativos. También se


http://www.monografias.com/trabajos12/label/label.shtml#dio

http://www.monografias.com/trabajos/aireacondi/aireacondi.shtml

http://www.monografias.com/Arte_y_Cultura/Musica/

http://www.monografias.com/trabajos15/valoracion/valoracion.shtml#TEORICA

http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml


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emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas; así como en bicicletas y usos similares. Existen además impresoras LED. En el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que sus prestaciones son superiores a las de las lámparas incandescentes y lámparas fluorescentes.

1.7 LIMPIEZA DE LOS LEDS

No es necesario usar sustancias químicas para la limpieza y mantenimiento del LED, el uso inapropiado de los mismos podría dañar el LED, cuando la limpieza sea necesaria simplemente se tiene que aplicar alcohol, el tiempo de esta limpieza debe ser menor de 30 segundos en ambientes normales de temperatura.

http://www.monografias.com/trabajos11/trimpres/trimpres.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/ilum/ilum.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/cumplimiento-defectuoso/cumplimiento-defectuoso.shtml#INCUMPL


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CAPÍTULO

2

PROCESO VISUAL Y CONCEPTOS BÁSICOS DE ILUMINACIÓN

[1] Carlos Jiménez, “Manuales de luminotecnia oficinas” ediciones ceac [2]Jesús Trshorras Montecelos, “Diseño de Instalaciones Eléctricas de alumbrado” PARANINFO Thompson learning [3]” Curso Básico de Iluminación de la Sociedad Mexicana de Ingeniería de Iluminación A.C.” [4]Jorge Chapa Correón “Manual de instalaciones de alumbrado y fotometrías” editorial limusa


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CAPÍTULO 2.

En este capítulo se analizaran los conceptos básicos que se deben considerar en la iluminación así como la importancia del ojo y el proceso de la vista, dado que el propósito del alumbrado es hacer posible la visión.

2.1 LOS FACTORES INVOLUCRADOS EN LA VISTA

El estudio del alumbrado se debe comenzar con una breve discusión. La visión es el sentido de la vista que percibe la forma, tamaño, color, distancia y movimiento de los objetos. El ojo es un órgano con la capacidad para reaccionar eficientemente a una amplia variedad de condiciones. La comparación entre el ojo y una cámara fotográfica convencional se muestra en la siguiente figura.

Fig. 2.1 comparación del ojo con una cámara

Las características que permiten que el ojo tenga un buen desempeño son las siguientes:

ACOMODAMIENTO Este proceso permite que el ojo de enfoque sobre un objeto sin importar la distancia. ADAPTACIÓN Este proceso le permite al ojo ajustar un amplio rango de nivel de iluminación del orden de 1 a un millón. En una luz muy baja o tenue la pupila se abre ampliamente, en tanto que en una luz muy


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brillante la pupila se contrae a un tamaño mucho menor; la adaptación también involucra cambios foto químicos en la retina. RESPUESTA AL ESPECTRO LUMINOSO El ojo crea la sensación del color respondiendo a las diferentes longitudes de onda de la luz, desafortunadamente el ojo no es igualmente sensible a la energía de todas las longitudes de onda. Para el ojo normal la mayor respuesta está en el centro del espectro visible, el cual está en la región amarillo-verde en tanto que la misma respuesta está en los extremos del espectro visible, es decir las regiones roja y azul. EL TAMAÑO DEL OBJETO Un concepto aceptable que es mientras más grande el objeto más bien se puede ver, la agudeza visual es una medida del menor detalle que se puede ver fácilmente. Es una función de Angulo visual, que es el Angulo subtendido en el ojo por el objeto. BRILLANTEZ DEL OBJETO Esto depende tanto de la cantidad de luz que impacta al objeto como de la proporción de la luz que está reflejada de este en la dirección del ojo. Naturalmente un objeto con color obscuro refleja menos luz y es más difícil de ver que un objeto con color claro con los mismos niveles de iluminación por lo tanto un objeto obscuro requiere más iluminación para ser visto que un objeto claro. CONTRASTE De la misma forma, es importante en la vista de un objeto el contraste entre el mismo y su respaldo inmediato. TIEMPO Se requiere tiempo para que el ojo vea apropiadamente un objeto. Entre mayor es el tiempo disponible, mayor es el detalle que el ojo puede ver. En el caso de un objeto móvil, el factor tiempo es particularmente importante.


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2.2 ASPÉCTOS FISIOLÓGICOS DEL ALUMBRADO

Para apreciar en forma apropiada los principios del alumbrado, es necesario comprender el mecanismo del ojo. En el proceso de la vista, la luz pasa a través de la cornea, la pupila y el cristalino del ojo a la retina, justamente como la luz pasa de los lentes a la película, en las cámaras fotográficas que no son digitales. La terminación de las fibras nerviosas que se juntan en el interior del nervio óptico y van directamente al cerebro.

2.2.2 EL NERVIO ÓPTICO ENVÍA LA IMAGEN AL CEREBRO

El cristalino del ojo lo hace también, aun cuando en una cámara cambia en forma automática el espesor para enfocar o hacer clara la imagen sobre la retina para poder ver desde distintas distancias. Esta acción de enfocado se le conoce como el acomodamiento del ojo, y cuando la luz es tenue o mala el musculo de enfoque busca por algunos focos que puedan hacer que los objetos se vean con claridad. Los músculos que se mueven el ojo pueden causar fatiga y el resultado es un esfuerzo que puede llegar a producir dolor de cabeza.

2.2.3 EL IRIS

El cual da al ojo su color, sirve para regular la cantidad de luz que alcanza el ojo. Cuando la luz es muy tenue se abre, haciendo la pupila más grande y con una luz muy brillante tiende a cerrar ya que una alta intensidad luminosa tiende a lastimar la retina.

2.2.4 REQUERIMIENTOS DE UNA INSTALACIÓN DE ALUMBRADO

1. Suficiente luz y de una intensidad que no varié sobre todas las superficies principales sin

importar que los planos sean oblicuos. 2. Una intensidad de luz comprobable en áreas adyacentes. 3. Luz de un color y carácter del espectro adecuado. 4. Libre de deslumbramiento. 5. La luz sea directa o difusa. 6. Un alumbrado circundante en las áreas alumbrados o no alumbrados. 7. Un sistema que sea simple, confiable y fácil de mantener y cuyos costos iniciales y de

mantenimiento sean apropiados.


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2.3 LA LUZ Y COLOR

La luz es aquella porción del espectro electromagnético a la cual el ojo responde. Esta energía visible es una pequeña parte excedente del espectro total, cuyo rango va desde los rayos cósmicos con una longitud de onda extremadamente corta (1 x 10-4 metros) a frecuencias eléctricas cuya longitud de onda es de cientos de kilómetros. La porción visible queda entre 380 y 770 nanómetros (el nanómetro nm es una unidad de longitud de onda igual a 1 x 10-9 metros).

Fig. 2.2 Espectro visible por el hombre (luz)

El color de la luz está determinado por su longitud de onda, la energía visible con la longitud de onda más corta (380 a 450nm) produce la sensación de violeta, y aquellas con la más larga longitud de onda (630 a 770nm) producen la sensación de rojo en medio esta el azul (450 a 490nm) el verde (490 a 560nm) el amarillo (560 a 590) y el naranja (590 a 6309).

2.4 FLUJO LUMINOSO

También llamado potencia luminosa es la cantidad de energía radiante emitida por una fuente de luz en la unidad de tiempo y evaluada en términos de respuesta visual. Su unidad en el sistema internacional en el lumen (lm), que se define como el flujo luminoso emitido por una fuente puntual de intensidad luminosa uniforme de una candela, dentro de un ángulo solido de un estereorradián.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b6/Electromagnetic_spectrum-es.svg


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1 Lumen = 1candela x 1 estereorradián

2.5 ILUMINANCIA (E)

Es el flujo luminoso por unidad de superficie sobre un punto de la misma. Como alternativa al término de iluminación, se suele utilizar el de iluminación, a fin de evitar confusión con el de luminancia. Su unidad en sistema internacional es el lux (lx)

1 lux = 1 lumen / 1 metro2

El lux se define como la iluminación de una superficie que recibe un flujo luminoso de un lumen, uniformemente repartido sobre un metro cuadrado de la superficie.

2.5.2 ILUMINANCIA EN EL ALUMBRADO PÚBLICO

La iluminancia indica la cantidad de luz que llega a una superficie y se define como el flujo luminoso recibido por unidad de superficie:

Ecu. 2.1

Si la expresamos en función de la intensidad luminosa nos queda como:

http://edison.upc.edu/curs/llum/fotometria/magnitud.html#Flujo_lum

http://edison.upc.edu/curs/llum/fotometria/magnitud.html#Intensid_lum


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Ecu. 2.2

fig. 2.3 Representación de iluminación en el alumbrado publico

Donde I es la intensidad recibida por el punto P en la dirección definida por el par de ángulos (C, ) y h la altura del foco luminoso.

2.6 INTENSIDAD LUMINOSA (I)

De una fuente puntual de luz en una dirección determinada es el flujo luminoso emitido por unidad de ángulo solido en la dirección en cuestión. Su unidad en el sistema internacional es la candela (Cd) 1 candela = 1 lumen x 1 estereorradián La candela se define como la intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540x1012 hercios y cuya intensidad energética en dicha dirección es de 1/683 watts por estereorradián.


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2.7 RENDIMIENTO LUMINOSO O EFICACIA LUMINOSA

También llamado coeficiente de eficacia luminosa de una fuente de luz, indica el flujo que emite la misma por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su obtención. Su unidad es el lumen por watts (lm/w).

2.8 LUMINANCIA

De una superficie en una dirección determinada es la relación entre la intensidad luminosa en dicha dirección y la superficie aparente. La luminancia es lo que produce en el órgano visual la sensación de luminosidad o brillo (una pared encalada tiene más luminancia que una pared de ladrillo), pues la luz no se hace visible hasta que es reflejada por los cuerpos. La mayor o menor claridad con que vemos los objetos igualmente iluminados, depende de su luminancia. Su unidad en el sistema internacional es la candela por metro cuadrado (Cd/m2) o el lumen por estereorradián y metro cuadrado (lm/srxm2), también llamado nit. La iluminancia puede ser directa o indirecta. La iluminancia directa corresponde a los lugares luminosos, mientras que la iluminancia indirecta se refiere a los objetos iluminados. El ojo humano solo es capaz de apreciar luminancias. Por ello no es posible realizar una medida de iluminancia con el ojo sino se pone, por ejemplo, un papel blanco en el haz luminoso, y así se convierte la iluminancia en luminancia.

2.8.2 LA LUMINANCIA EN EL ALUMBRADO PÚBLICO

La luminancia, por contra, es una medida de la luz que llega a los ojos procedentes de los objetos y es la responsable de excitar la retina provocando la visión.

Esta luz proviene de la reflexión que sufre la iluminancia cuando incide sobre los cuerpos. Se puede definir, pues, como la porción de intensidad luminosa por unidad de superficie que es reflejada por la calzada en dirección al ojo.


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Donde q es el coeficiente de luminancia en el punto P que depende básicamente del ángulo de

incidencia y del ángulo entre el plano de incidencia y el de observación . El efecto del ángulo de observación es despreciable para la mayoría de conductores (automovilistas con campo visual entre 60 y 160 m por delante y una altura de 1,5 m sobre el suelo) y no se tiene en cuenta. Así pues, nos queda:

Ecu. 2.3

Por comodidad de cálculo, se define el término:

Ecu. 2.4

Quedando finalmente:

Ecu. 2.5

Fig 2.4 Representación de luminancia en el alumbrado

publico


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2.9 ASPECTO CROMÁTICO O TEMPERATURA DE COLOR

Indica el grado de tonalidad o apariencia de una lámpara, expresado en Kelvin (K), por lo que su blancura puede ser cálida menor a 3400K neutra igual a 3500K y fría mayor a 3600K.

2.10 ÍNDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR

Indica la capacidad que tiene una lámpara para reproducir los colores, expresado en Ra, por lo que en una escala 0-100, un valor de 100 Ra reproduce fielmente los colores.

2.11 EFECTO ESTROBOSCOPICO

Se denomina efecto estroboscopio al efecto óptico que se produce al iluminar mediante destellos, un

objeto que se mueve en forma rápida y periódica.

2.12 LUX

El lux (símbolo lx) es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para la iluminancia o nivel de iluminación. Equivale a un lumen /m². Se usa en fotometría como medida de la intensidad luminosa, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano. 1 lx = 1 lm/m2

2.13 LUMINARIA

Son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red eléctrica a las lámparas con el objetivo de aportar luz. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas entre otras.


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CAPÍTULO

3

ALUMBRADO PÚBLICO [1] Carlos Jiménez, “Manuales de luminotecnia oficinas” ediciones ceac [2]Jesús Trshorras Montecelos, “Diseño de Instalaciones Eléctricas de alumbrado” PARANINFO Thompson learning [3]” Curso Básico de Iluminación de la Sociedad Mexicana de Ingeniería de Iluminación A.C.” [4] Jorge Chapa Correón “Manual de instalaciones de alumbrado y fotometrías” editorial limusa [5] Enríquez Harper “El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión” editorial limusa [6] Enríquez Harper “Manual práctico del alumbrado” editorial limusa


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CAPÍTULO 3 En este capítulo se analizaran las características del alumbrado público.

3.1 ALUMBRADO PÚBLICO En un sistema de iluminación que tiene como finalidad principal proporcionar condiciones mínimas de iluminación para el transito seguro de peatones y vehículos en vialidades y espacios. Los sistemas de alumbrado público y de exteriores se pueden clasificar en:

Vialidades, autopistas, carreteras, ciclo pistas, vías rápidas, vías públicas, fachadas de edificios, monumentos, esculturas, parques y jardines, aceras, plazas y zócalos.

3.2 ALUMBRADO POR PROYECCIÓN El alumbrado por proyección es la iluminación de un área o de un objeto por medio de proyectores con el objetivo de aumentar fuertemente su iluminación en relación con los alrededores. El alumbrado por proyección tiene distintas aplicaciones de tipo decorativo y/o utilitario, dentro de las más importantes se pueden mencionar las siguientes:

Iluminación utilitaria (para grandes áreas de trabajo)

Iluminación decorativa (como son edificios, monumentos, parques, etc.)

Iluminación deportiva (campos de futbol, canchas de tenis etc.)

3.3 CALCULO DE LA ILUMINACIÓN Generalmente el nivel de iluminación es un dato, pero en el caso de que no sea así se debe fijar un nivel recomendable con ayuda de tablas, teniendo en cuenta las peculiaridades de cada proyecto. Se debe considerar que no solo se debe tomar en cuenta el nivel de iluminación mínimo requerido. Sino también procurar que no se presente la más leve fatiga que se manifiesta cuando las personas están sometidas durante largos periodos de tiempo a la acción de la iluminación artificial.


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3.3.2 El ALUMBRADO POR PROYECCIÓN Existen casos en que la llamada iluminación por proyección se requiere por razones de seguridad de producción o protección y es el único sistema para constituir el alumbrado. El uso de columnas altas con luminarias es útil para la iluminación de complejos de depósitos, como son los tanques de almacenamiento, áreas de maniobra para ferrocarriles, etc. El uso de las columnas altas permite ahorrar en los costos de instalación si se compara con el uso de columnas bajas, debido al costo de las columnas mismas, las luminarias y conductores.

3.3.3 DETERMINACIÓN DE LA ALTURA DE LAS COLUMNAS Existen técnicas muy simples, aun cuando no sean tan precisos para calcular la altura de los postes o columnas sobre las que montan los proyectos, el propósito es que no se produzca deslumbramiento directo, estas técnicas pueden ser tan simples como el uso de nomogramas como el mostrado a continuación.

Fig. 3.1 Distancias de los postes al área a iluminar


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Tabla 3.1 Calculo de la altura de los postes para montaje de luminarias

Altura de montaje necesario sin exceder el flujo máximo recomendado en cada intervalo.

Es conveniente observar que con alturas excesivas el costo de los postes para el montaje de las luminarias se eleva. En tanto que con postes bajos, se incrementa no solo el número de postes, también las luminarias aumentan en número y costo. Cuando existen construcciones que son relativamente altas y que ocupan distintas posiciones dentro del área, se pueden emplear alturas de montaje menores a las que se indican en el nomograma, tratando de evitar con esto, que se presenten sombras fuertes sobre el área.

3.3.4 NIVELES DE ILUMINACIÓN

De entrada se debe definir el nivel requerido en el plano horizontal, es decir, la iluminación horizontal, aun cuando en ocasiones de debe controlar también la iluminación vertical, especialmente en zonas de almacenes en donde es necesario inspeccionar o mover mercancías.

Los niveles de iluminación y uniformidad dependen de la dificultad de la tarea visual y también del grado de eficiencia y seguridad requeridas.

Flujo de la lámpara (lm) Altura (m)

3000 < 10000 6 H < 8

10000 < 20000 8 H < 10

20000 < 40000 10 H <12

40000 12


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Tabla 3.2 tipo de vía y niveles de iluminación

Niveles de iluminancia media (Em). Este valor depende de las características de la clase de vía, intensidad del tráfico, etc.

Tipo A: Vías rápidas sin cruces a nivel con accesos controlados y tráfico rápido. Por ejemplo autopistas y autovías.

Tipo B: Carreteras principales con tráfico rápido y posiblemente carriles para tráfico lento y peatones. Carreteras nacionales, interurbanas.

Tipo C: Vías con tráfico moderadamente rápido. Por ejemplo cinturones de circunvalación, carreteras radiales y vías urbanas de tráfico rápido.

Tipo D: Vías con tráfico mixto con presencia de vehículos lentos y peatones. Carreteras provinciales, comarcales, travesías, vías urbanas y calles comerciales.

Tipo E: Vías con tráfico elevado mixto y limitación de velocidad. Zonas residenciales y calles locales.

3.3.5 LUMINARIAS PARA INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO

Dentro de este grupo se tienen las luminarias de parques y jardines así como las de alumbrado público de calles. En la primera como su nombre lo indica se tiene los parques, jardines, zonas residenciales, etc. En tanto en los segundos se tienen las vías urbanas, autopistas, túneles, etc.

Las luminarias se clasifican en base a tres propiedades básicas.

1. La extensión a la cual la luz de la luminaria se distribuye a lo largo de un camino y que es lo que determina el alcance de la luminaria.

2. La cantidad de diseminación lateral de la luz a lo ancho de un camino es decir la apertura.

Tipo de vía Iluminancia media

(lx) Luminancia media

(cd/m2)

A 35 2

B 35 2

C 30 1.9

D 28 1.7

E 25 1.4


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3. El alcance de la instalación para controlar el deslumbramiento producido por la luminaria lo que se conoce como el control de la luminaria.

El alcance está definido por un ángulo Imax que está formado por el eje del haz con respecto a la vertical que va hacia abajo. El eje del haz está definido por la dirección de la bisectriz del ángulo tomado por las dos direcciones de 90% Imax en el plano vertical de intensidad máxima.

La dispersión es la distancia, determinada por el ángulo , en que es capaz de iluminar la luminaria en dirección transversal a la calzada. Se define como la recta tangente a la curva isocandela del 90% de IMAX proyectada sobre la calzada, que es paralela al eje de esta y se encuentra más alejada de la luminaria.

fig. 3.3 Dispersión transversal

Dispersión estrecha < 45º

Dispersión media 45º 55º

Dispersión ancha > 55º

Tabla 3.4 Dispersión transversal

fig. 3.2 Alcance de longitud

Alcance corto < 60º

Alcance intermedio

60º 70º

Alcance largo > 70º

Tabla 3.3 Alcance de longitud


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3.3.6 RENDIMIENTO EN LUMINARIAS

Estos diagramas se usan para el cálculo de la luminancia medida en la superficie de la calle para una instalación del alumbrado público, cuando se conoce la clase de reflexión del pavimento, se puede usar el siguiente diagrama, que se dibuja en unidades de altura de montaje de montaje de la luminancia y por lo mismo, se pueden usar para gráficos directos.

El manejo de estas curvas es semejante al de las curvas para el factor de utilización, solo que ahora la posición del observador es importante, por lo que se dan las tres posiciones del observador designado A, B Y C.

Fig. 3.4 Rendimiento de luminancia con respecto a tres puntos

SIENDO:

A. Observador ubicado sobre el lado de la acera a una distancia h de la fila de luminarias. B. Observador ubicado en la línea con la fila de luminarias. C. Observador ubicado sobre el lado de la calle a una distancia h de la fila de la luminaria.

El valor de luminancia media se calcula de acuerdo con la expresión:

Ecu 3.1


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Donde: Em = es la iluminancia media sobre la calzada que queremos conseguir.

= es el factor de utilización de la instalación. fm = es el factor de mantenimiento.

L = es el flujo luminoso de la lámpara. A = es la anchura a iluminar de la calzada d = distancia entre luminarias.

Tabla 3.5 características de la vía

Valor del Factor de mantenimiento (fm) dependiendo de las características de la zona (contaminación, tráfico, etc.) Se recomienda tomar un valor no superior a 0.8 (habitualmente 0.7).

3.3.7 FACTOR DE UTILIZACIÓN

En el alumbrado de calles, se define el factor de utilización ( ) como la fracción del flujo luminoso que proviene de una luminaria que alcanza en forma efectiva de la calle.

Normalmente las curvas del factor de utilización las da el fabricante de las luminarias y permiten calcular en forma simple la iluminación media, que se puede determinar para una cierta sección de calle como:

Ecu. 3.2

Características de la vía

Luminaria abierta Luminaria cerrada

Limpia 0.75 0.80

Media 0.68 0.70

Sucia 0.65 0.68


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Las curvas del factor de utilización para una luminaria se dan como una función de las distancias transversales, medidas en términos de h (altura del montaje) sobre la superficie de la calle, desde el centro de la luminaria hasta cada una de las dos curvas.

A = A1+ A2 = 1+ 2

Fig. 3.5 factor de utilización

3.4 ILUMINACIÓN DE CALLES

La iluminación de las calles tiene el propósito de permitir a los usuarios de las mismas disponer de la visibilidad necesaria para un desenvolvimiento fácil y seguro de circulación.

3.4.2 LUMINARIAS Las luminarias son los aparatos destinados a distribuir el flujo que emiten las lámparas, con el propósito de dirigirlo sobre los objetos para iluminar, es importante que estas luminarias cumplan con ciertos requisitos de luminotecnia, eléctricos y mecánicos. Desde el punto de vista de la iluminación, se ha puesto mucha atención por parte de los fabricantes en la realización de los elementos (difusores) encargados de modificar la distribución del flujo luminoso que se emite la lámpara. Esta atención se da al grupo completo que comprende también los reflectores y los refractores. Estructuralmente, las luminarias deben estar construidas de tal forma que estén protegidas contra la acción nociva de los agentes atmosféricos tales como polvo, agua, etc. No solo las luminarias sino también las lámparas y todos los auxiliares eléctricos (portalámparas, alimentadores, conectadores, etc.) para tal fin, los fabricantes disponen de distintos tipos de protecciones.


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Desde el punto de vista de iluminación, las luminarias consideran los siguientes elementos:

REFLECTORES. Tienen la función de distribuir la luz emitida por la fuente luminosa. Se fabrican de aluminio abrillantado, con vidrio metalizado, o bien, con lamina esmaltada.

REFRACTORES. Se construyen en forma de copa, de globo o de media pera, se construyen de vidrio o de materiales plásticos con acabado prismatizado, de manera que dirijan los rayos de la luz en dirección preestablecida.

DIFUSORES. Tienen la función principal de disminuir la iluminancia de las lámparas, están construidos de algunos tipos de vidrio o de materiales de plástico que atenúan el deslumbramiento, pero que reducen el rendimiento de la luminaria. Los difusores se usan en cierto modo para alumbrado decorativo en la iluminación de jardines parques y calles en donde se debe cumplir con ciertas exigencias estéticas.

3.5 POSTES

Para alumbrado exterior en sus distintas modalidades, ya sea de calles avenidas, jardines etc. Uno de los elementos complementarios en algunos casos para luminarias, son los postes, llamados elementos de montaje pero que deben cumplir con ciertas solicitaciones mecánicas, como son: la carga que representa el viento, la carga por hielo o nieve en algunos casos, además deben resistir la acción corrosiva de los agentes atmosféricos y también poco pesados para facilitar el transporte, su instalación o su sustitución. No deben requerir demasiado mantenimiento y satisfacer los aspectos estéticos. Pueden tener distintas formas de acuerdo a su aplicación y desde el punto de vista del material, pueden estar constituidos de:

DE ACERO. Son muy usados por sus propiedades mecánicas cuando se emplean en ambientes corrosivos. Deben de ser debidamente tratados (galvanizados y/o con pintura anticorrosiva). Tienen la ventaja de tener un peso inferior a los postes de cemento.

DE CEMENTO ARMADO. Estos postes también son muy usados, sobre todo en algunas áreas corrosivas, tienen la ventaja de tener una larga duración sin requerir prácticamente de mantenimiento, tienen la desventaja de su peso que es elevado y que se refleja sobre los costos de montaje e instalación.

DE ALUMINIO. El peso es mucho menor que el de los dos tipos anteriores, esto reduce la dificultad constructiva, prácticamente no requieren mantenimiento, puesto que no son atacados por el medio ambiente. La desventaja de estos postes es su costo, que generalmente es superior a los de acero o de concreto armado.


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Tabla 3.6 longitud que deben tener los brazos o salientes

3.6 ALUMBRADO DE CALLES

Cualquier instalación para alumbrado público debe garantizar una visibilidad adecuada durante las horas que se inicia el día y la noche misma. Con el objeto de que se desarrolle el tráfico vehicular y la seguridad de los peatones.

Los usuarios de la calle deben estar en posibilidades de detectar todos los detallados del ambiente, como son: señalización, situaciones de peligro, obstáculos, etc.

Para los propósitos del proyecto de las instalaciones eléctricas para alumbrado en calles, es conveniente tomar en consideración los siguientes elementos:

CLASE DE LA CALLE. Su ancho y tipo de pavimento. Basándose en estos elementos se pueden definir el nivel de iluminación, a continuación se dan algunos valores recomendables como regla general de utilización.

Tabla 3.7 Iluminación promedio recomendado para calles (luxes)

Ancho de la calle (metros)

Longitud del brazo (metros)

4 a 8 1.20

8 a 10 1.80

10 o mas 2.40

Tránsito de peatones

Muy escaso

(menos de 150 autos x hora)

Escaso

(150 a 500 autos x hora)

Mediano

(500 a 1200 autos x hora)

Intenso

(más de 1200 autos x hora)

Intenso 6 8 16 12

Mediano 4 6 8 10

escaso 2 4 6 8


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LUMINARIAS Y FUENTES LUMINOSAS. Estos elementos condicionan la distribución del flujo luminoso sobre el plano de la calle y los costos de operación.

GEOMETRIA DE LA INSTALACIÓN. Consiste en definir la disposición de los centros luminosos la altura de los postes que soportan a las luminarias y la separación entre ellos así como la inclinación del brazo respecto a la calle.

TIPO DE ALIMENTACIÓN PREVISTA. Se debe tomar en consideración el tipo de alimentación prevista para las luminarias, es decir, si es monofásico o trifásica. Si es aérea o en cable el voltaje de alimentación y el punto de alimentación.

POSIBILIDAD DE INSTALACIÓN. Las instalaciones para alumbrado público normalmente forman parte de otras instalaciones como son las propias redes de distribución, la red telefónica, etc. Por lo que es necesario obtener el permiso para la instalación, los tramites de terreno, las disposiciones normativas etc.

3.6.2 REQUISITOS DE UNA INSTALACIÓN DE ALUMBRADO PÚBLICO

Para determinar si una instalación es adecuada y cumple con todos los requisitos de seguridad y visibilidad necesarios se establecen una serie de parámetros que sirven como criterios de calidad.

Los cuales son:

La luminancia media (Lm, LAV). Los coeficientes de uniformidad (U0, UL). El deslumbramiento (TI y G). El coeficiente de iluminación de los alrededores (SR).

COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD Como criterios de calidad y evaluación de la uniformidad de la iluminación en la vía se analizan el rendimiento visual en términos del coeficiente global de uniformidad U0 y la comodidad visual mediante el coeficiente longitudinal de uniformidad UL (medido a lo largo de la línea central). U0 = Lmin / Lm UL = Lmin / Lmax

http://edison.upc.edu/curs/llum/exterior/vias_p.html#coefs

http://edison.upc.edu/curs/llum/exterior/vias_p.html#deslum

http://edison.upc.edu/curs/llum/exterior/vias_p.html#SR


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DESLUMBRAMIENTO El deslumbramiento producido por las farolas o los reflejos en la calzada, es un problema considerable por sus posibles repercusiones. En sí mismo, no es más que una sensación molesta que dificulta la visión pudiendo, en casos extremos, llegar a provocar ceguera transitoria. Se hace necesario, por tanto, cuantificar este fenómeno y establecer unos criterios de calidad que eviten estas situaciones peligrosas para los usuarios. Se llama deslumbramiento molesto aquella sensación desagradable que sufrimos cuando la luz que llega a nuestros ojos es demasiado intensa. Este fenómeno se evalúa de acuerdo a una escala numérica, obtenida de estudios estadísticos, que va del deslumbramiento insoportable al inapreciable.

Tabla 3.8 Escala de deslumbramiento

G Deslumbramiento Evaluación del alumbrado

1 Insoportable Malo

3 Molesto Inadecuado

5 Admisible Regular

7 Satisfactorio Bueno

9 Inapreciable Excelente

El deslumbramiento perturbador se produce por la aparición de un velo luminoso que provoca una visión borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece al cesar su causa. No obstante, este fenómeno no lleva necesariamente asociado una sensación incómoda como el deslumbramiento molesto. COEFICIENTE DE ILUMINACIÓN EN LOS ALREDEDORES El coeficiente de iluminación en los alrededor es una medida de la iluminación en las zonas limítrofes de la vía. De esta manera se asegura que los objetos, vehículos o peatones que se encuentren allí sean visibles para los conductores. Se obtiene calculando la iluminancia media de una franja de 5 m de ancho a cada lado de la calzada.

Fig. 3.6 Coeficiente de iluminación en alrededores


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3.6.3 DISPOSICIÓN DE LOS CENTROS LUMINOSOS O LUMINARIAS

Desde el punto de vista constructivo y de iluminación, considerando también la importancia y características de la calle por luminar, existen distintas posibilidades de disposición de las luminarias, las más comunes son las que se mencionan a continuación.

3.6.3.2 UNILATERAL CON POSTES

Esta solución busca por lo general conciliar los requerimientos de iluminación con los económicos, en particular, con respecto a la altura de la instalación de las luminarias, cuando la altura del montaje es igual o mayor al ancho de la calle (área de circulación de vehículos), se debe tener especial cuidado en la iluminación de las curvas de las calles. Esta solución se adopta por lo general en calles que no son anchas.

Fig. 3.7 disposición de luminarias en zonas unilaterales.

3.6.3.3 BILATERAL CON POSTES CON CENTROS ALTERNADOS

Esta solución puede representar una mejor visibilidad en la calle en comparación con la solución de disposición unilateral, pero también de una doble línea de alimentación. Esta instalación requiere también de una correcta correlación entre altura del poste y ancho de la calle, y la localización de los luminarios se debe hacer en forma cuidadosa para evitar que existan condiciones desfavorables en luz sobre la calle.


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Fig. 3.8 Disposición de luminarias en zonas bilaterales con centros alternados.

3.6.3.4 DISPOSICIÓN BILATERAL CON POSTES CON CENTROS OPUESTO

Esta solución es preferible a la disposición bilateral con centros alternados, pero es más costosa, por lo que solo se recomienda para calles largas y anchas que tienen dos sentidos de circulación. Esta disposición requiere también de doble alimentación.

Fig. 3.9 Disposición de luminarias en zonas bilaterales con postes con centros opuestos.


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3.6.3.5 DISPOSICIÓN CON LUMINARIAS DOBLE AL CENTRO

Esta disposición es aplicable a calles que tienen camellón central. Ofrece la ventaja de tener una sola línea de alimentación, presenta también un buen aspecto estético y ofrece economía en el número de postes usados, respecto a las disposiciones bilaterales.

Fig. 3.10 disposición de luminarias doble al centro.

La distribución unilateral se recomienda si la anchura de la vía es menor que la altura de montaje de las luminarias. La bilateral tresbolillo si está comprendida entre 1 y 1.5 veces la altura de montaje y la bilateral pareada si es mayor de 1.5.

Tabla 3.9 Relación de altura y anchura de montaje de una lámpara

Relación entre la anchura de la vía y la

altura de montaje

Unilateral A/H < 1

Tresbolillo 1 A/H 1.5

Pareada A/H > 1.5

En el caso de tramos rectos de vías con dos o más calzadas separadas por una mediana se pueden colocar las luminarias sobre la mediana o considerar las dos calzadas de forma independiente. Si la mediana es estrecha se pueden colocar luminarias de doble brazo. Si la mediana es muy ancha es preferible tratar las calzadas de forma separada. Pueden combinarse los brazos dobles con la disposición al tresbolillo o aplicar iluminación unilateral en cada una de ellas.


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Fig. 3.11 Tramos rectos separados.

3.6.3.6 CURVAS

En tramos curvos las reglas a seguir son proporcionar una buena orientación visual y hacer menor la separación entre las luminarias cuanto menor sea el radio de la curva. Si la curvatura es grande (R>300 m) se considerará Como un tramo recto. Si es pequeña y la anchura de la vía es menor de 1.5 veces la altura de las luminarias se adoptará una disposición unilateral por el lado exterior de la curva. En el caso contrario se recurrirá a una disposición bilateral pareada, nunca tresbolillo pues no informa sobre el trazado de la carretera.

Fig. 3.12 disposición de luminarias en zonas curvas.


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3.6.3.7 CRUCERO DE CALLES

En el caso de los cruceros o cruces entre calles, por la disposición de las mismas, se pueden clasificar como cruces en T y cruces en X. Para la iluminación de cruceros en T generalmente se localiza un centro luminoso sobre el eje de circulación y posteriormente se establece la posición de otros. Para la iluminación de los cruceros en x las soluciones pueden ser distintas, según sea el tipo de calles que ocurren al crucero. Para calles de la misma clase o categoría que tengan sistemas de iluminación bilateral, es recomendable localizar un centro luminoso sobre el lado opuesto del crucero con relación a la dirección del tráfico.

Fig. 3.13 disposición de luminarias en cruces.

3.6.3.8 EN LAS PLAZAS Y GLORIETAS

Se instalan luminarias en el borde exterior de estas para que iluminen los accesos y salidas. La altura de los postes y el nivel de iluminación debe ser por lo menos igual al de la calle más importante que desemboque en ella.

Fig. 3.14 disposición de luminarias en plazas y glorietas.


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EN LOS PASOS DE PEATONES. Las luminarias se colocarán antes de estos según el sentido de la marcha de tal manera que sea bien visible tanto por los peatones como por los conductores.

Fig. 3.15 disposición de luminarias en pasos peatonales.

Por último, se debe considerar la presencia de árboles en la vía. Si estos son altos, de unos 8 a 10 metros, las luminarias se situarán a su misma altura. Pero si son pequeñas las luminarias usadas serán más altas que estos, de 12 a 15 m de altura. En ambos casos es recomendable una poda periódica de los árboles.

Fig. 3.16 disposición de luminarias en presencia de arboles.


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3.7 ALIMENTACIÓN Y SISTEMA DE DISTRIBUCIÓAN DE ENERGÍA ELÉCTRICA AL ALUMBRADO PÚBLICO

Las luminarias se conectan en paralelo con su fuente de alimentación y el voltaje depende de la potencia instalada. El sistema de distribución preferido es por lo general el trifásico con neutro. Distribuyendo las lámparas entre las fases y neutro, de manera que se equilibran las cargas.

Fig. 3.17 Diagrama de alimentación trifásica con celda fotoeléctrica de encendido Este sistema de distribución es usado en calles y centros urbanos, así como para calles que se encuentran fuera de las zonas de alta densidad de población. Cada sección de alimentación puede variar entre 300 y 500 metros, con la posibilidad de tener distintos puntos de alimentación. La alimentación con sistemas monofásicos (fase neutro) se recomienda que se adopte solo en los casos de instalación con cargas pequeñas, es decir, que se alimente a un número reducido de secciones de lámparas.

Para cualquiera de los sistemas de alimentación, la caída de tensión debe estar limitada al 4 o 5%, este valor está relacionado con la carga (corriente) y la distancia a que se alimentan, por lo que en los circuitos derivados a cada grupo de luminarias se pueden emplear conductores calibre Núm. 12 o 10 AWG, claro está que a distancias grandes con valores de carga elevados, se deben tener secciones de conductores mayores. El sistema de mando o control de los sistemas de iluminación de calles se puede hacer por medio de un relevador o celda fotoeléctrica o, en ocasiones, por medio de un interruptor termomagnetico general con interruptores para controlar cada circuito derivado.


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El sistema de alimentación puede ser aéreo o subterráneo, el primero es usado en áreas en donde las características residenciales no condicionan o permiten una instalación subterránea, en tanto que la distribución subterránea se emplea más en partes en donde las características urbanas lo requieren y es el método más empleado en la mayoría de las calles de las ciudades.

3.8 CALCULO DE ILUMINACIÓN EXTERNA

Algunos conceptos generales que se emplean en los distintos métodos de cálculo de alumbrado exterior son aplicables a cualquiera de los mismos. De estos conceptos lo más importantes son los siguientes:

DISTANCIAS ENTRE LUMINARIAS. La distancia entre luminarias o centros luminosos debe ser tal que la correspondiente de la proyección vertical del centro óptico de cada luminaria sobre la calle uniendo de alguna forma al centro luminoso de la luminaria contigua. La distancia entre luminarias incide sobre el costo de la instalación, ya que a menor distancia mayor numero de luminarias y, en consecuencia, se requiere de mayor mantenimiento. Esta distancia entre luminarias depende de la altura de montaje de los centros luminosos, de la uniformidad deseada en la iluminación y del grado de deslumbramiento tolerado. COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN. El coeficiente de utilización se define como la relación entre el flujo luminoso que incide sobre la calle (φL). Este coeficiente de utilización depende de los siguientes factores: El tipo de luminaria. La disposición de las luminarias. El ancho de la calle iluminada. El factor de reflexión.

El coeficiente de utilización varía entre 0.20 y 0.50 para un ancho de calle del mismo orden que la altura de la luminaria. El coeficiente de utilización por lo general lo proporcionan los fabricantes de las lámparas y luminarias para alumbrado exterior, en forma de curvas, donde se indica la iluminación proporcionada por un centro luminoso hacia el lado de la calle y hacia el lado de las casas.


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3.9 MÉTODO DEL FLUJO TOTAL

Trata de definir las características geométricas y de iluminación de la instalación como son: La altura de la luminaria y centro luminoso. La distancia entre luminarias o centros luminosos. La longitud del brazo. La distancia con respecto al borde de la calle en el área de circulación de vehículos.

Por el método del flujo total algunos de estos valores están condicionados a ciertos aspectos como son:

La atura de la instalación.

Distancia entre luminarias.

Superficie por iluminar.

Flujo luminoso.

3.9.2 ALTURA DE LA INSTALACIÓN

Tomando en cuenta que el ancho de la calle define en cierto modo la altura de la instalación de los centros luminosos o luminarias, esta altura esta también condicionada a los siguientes factores: Potencia de la lámpara. Tipo de luminaria. Disposición de los centros luminosos.

Tabla 3.10 Altura del montaje recomendables para luminarias

Clase de instalación de iluminación

Ancho de la calle

Disposición de luminarias

Altura del montaje

Autopistas y calles con intenso tráfico de

vehículos y poca circulación de

peatones

Entre 8 y 10m o mas de 10m

Mas de 10m

Unilateral o bilateral con centros alternos

Bilateral con centros alternados o doble

central

10 a 12m

Mas de 12m

Calles foráneas con

Menos de 10m

Unilateral

10m o mas


45

trafico medio

Mayor de 10m

Bilateral con centros

alternados

Entre 10 y 12m

Calles urbanas con intenso tráfico

motorizado y con trafico de peatones

intenso (calles y plazas de importancia

Menor de 8m Entre 8 y 10m

Unilateral

Unilateral o bilateral con centro alternado Bilateral con centros

alternados

Bilateral con centros opuestos

Mayor o igual a 8m

Entre 8 y 10m

10m o mayor de 10m

Calles con poco tráfico de vehículos y poca circulación de

vehículos

8m o Menor de 8m

Mayor de 8m

Unilateral

Unilateral

Mayor de 7.5m

De 8 a 9m

Calles en pequeñas poblaciones con poco tráfico de vehículos o

sin circulación de vehículos

Unilateral

De 7.5 a 9m

3.9.3 DISTANCIA ENTRE LUMINARIAS

Cuando está definida la altura de la luminaria, se puede calcular la distancia entre postes o centros luminosos. Valores indicativos de la relación distancia entre luminarias contra altura como valores indicativos se dan en la tabla siguiente:

Tabla 3.11 Relación distancia entre luminarias a la altura de montaje

Tipo de luminaria Lámpara con gran superficie emitente

Lámpara de emisión concentrada (clara)

Cubierta 2.8 a 3.2 3.0 a 3.5

Semicubierta 3.0 a 3.5 3.2 a 3.5

Abierta Diferente de 3.5 Diferente de 3.5


46

Es conveniente tener presente que mientras menor sea la relación distancia de luminaria/altura del montaje, más elevado es el grado de uniformidad en la instalación, ya que se requiere de un mayor número de luminarias y de postes; es decir q la relación anterior está relacionada a la calidad de la instalación que se desea proyectar.

3.9.4 SUPERFICIE POR ILUMINAR

La superficie por iluminar, según sea la técnica usada para la disposición de las luminarias en las calles se determina según sea el caso, como:

a) Para disposición unilateral y bilateral con centros alternos, se obtiene con la siguiente expresión:

S = DL (m2) Ecu. 3.3

b) Para disposición bilateral con centros opuestos:

S = DL/2 (m2) Ecu. 3.4

Donde:

D = Distancia entre luminarias o centros luminosos en metros L = Ancho de la calle en metros

Fig. 3.18 Localización de áreas sin iluminar


47

3.9.5 FLUJO LUMINOSO

Una vez que se establece el nivel medio de iluminación, se determina el flujo luminoso que emite cada luminaria o centro luminoso de acurdo con la expresión:

φ

Ecu .3.5

Donde: EM = Nivel medio de iluminación. S = Superficie por iluminar. Un = Coeficiente de utilización. KD = Coeficiente de degradación de las luminarias 0.85 Km = Coeficiente de mantenimiento. Como S = DL, para el caso de luminarias con disposición unilateral o bilateral con centros alternados, sustituyendo en la expresión anterior para el flujo, se obtiene la distancia entre luminarias como:

φ

Ecu. 3.6

Donde: EM = Nivel medio de iluminación. L = Ancho de la calle. Un = Coeficiente de utilización. KD = Coeficiente de degradación de las luminarias 0.85 Km = Coeficiente de mantenimiento. φL = Flujo emitido de la lámpara. El φT es un valor que se establece basándose en el tipo de fuente luminosa y la potencia de la lámpara y φL cuando se adopta una lámpara dada con un nivel de iluminación (EM).


48

CAPÍTULO

4

PROPUESTA PARA EL USO DE LEDS EN LA ILUMINACIÓN DE LA AVENIDA

INSURGENTES NORTE DE LA CIUDAD DE MÉXICO


49

CAPÍTULO 4 Este capítulo está dedicado a desarrollar la propuesta y justificar la viabilidad de la misma.

4.1 CASO DE ESTUDIO

En esta tesis se propone el uso de LEDS para iluminación de alumbrado público en la avenida insurgentes norte. Que va de la zona de Indios Verdes hasta la Ribera de San Cosme. La longitud de la avenida insurgentes norte (indios verdes -ribera de san Cosme) es de 6.52 kilómetros, en su mayoría la avenida cuenta con 3 carriles para automóviles y 1 exclusivo para el metro-bus, el ancho de cada carril es de 2.99metros dando un total del ancho de la avenida de 11.98 metros. En otras partes de esta avenida insurgentes norte (la raza) cuenta con 5 carriles contando el del metro bus y el ancho de la avenida en esta parte es de 14.95 metros.

Fig. 4.1 Ubicación de la Zona propuesta


50

En la avenida insurgentes norte existe baja iluminación, esto hace mayor la posibilidad de un accidente, y que los conductores no tengan buena apreciación óptica. Actualmente existen instaladas lámparas de aditivos metálicos y de vapor de sodio (la mayoría ya no funcionan). LÁMPARAS INSTALADAS EN AVENIDA INSURGENTES NORTE

Las lámparas que están instaladas actualmente son: Lámparas de vapor de sodio (descarga de gas a baja presión)

lámparas de vapor de sodio a baja presión lámparas de vapor de sodio en alta presión

Lámparas de aditivos metálicos (descarga de gas por alta presión)

Fig. 4.2 fotos de iluminación de la Zona propuesta


51

COMPARATIVO DE LÁMPARAS DE ADITIVOS METÁLICOS Y VAPOR DE SODIO EN ALTA PRESIÓN UTILIZADAS ACTUALMENTE EN AVENIDA INSURGENTES. A continuación se efectúa un análisis de la aplicación que tienen las lámparas de aditivos metálicos y de vapor de sodio de alta presión. Éste tipo de luminarias son utilizadas actualmente en la zona de insurgentes norte zona en la cual está enfocada la propuesta del cambio de luminarias.

Tabla 4.1 Comparación de luminarias de vapor de sodio y aditivos metálicos

Características de rendimiento y operación

Lámpara de aditivos metálicos

Lámpara de vapor de sodio en alta presión

Eficacia luminosa 70-100 lm/W 90-150 lm/W

Vida promedio 20,000 horas 24,000 horas

Índice de rendimiento de color 65 Ra 25 Ra

Temperatura de color 4100 K 2100 K

Depreciación del flujo luminoso

35% 10%

Visión de contraste Bajo Alto

Agudeza visual Bajo Alto

Contaminación astronómica Alto Bajo

Luminancia (brillantez) Alto Bajo

Control del flujo luminoso Alto Bajo


52

4.2 PROPUESTA DE ILUMINACIÓN PARA ALUMBRADO PÚBLICO

La propuesta consiste en el cambio de luminarias convencionales (vapor de sodio aditivos metálicos), por el de LEDS de alta intensidad demostrando mediante cálculos que las cualidades de estas en comparación con las convencionales son mayores y realizando un estudio económico en el cual mostraremos que es la mejor opción ya que, este tipo de luminarias cuenta con mayor vida útil, y por ende su mantenimiento es menor, al igual su consumo de energía.

CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA PROPUESTA

El ancho de la calle es de 11.98metro de norte a sur (4 carriles).

Insurgentes norte es una calle tiene demasiado tráfico y escaso número de peatones en la calle. Considerando que la atmosfera no es limpia.

PROPUESTA DE ILUMINACIÓN CON LEDS DE ESTADO SÓLIDO DE ALTA INTENSIDAD LUMINOSA Como una alternativa energética y funcional para el alumbrado público de vialidades (vías rápidas) se considera la incorporación gradual de la iluminación de estado sólido. La iluminación de estado sólido utiliza componentes electrónicos semiconductores que convierten la energía eléctrica en energía luminosa los cuales son los LEDS o diodos emisores de luz. El tipo LED que se utiliza en la iluminación de estado sólido para alumbrado público en vías rápidas es el LED de alta intensidad luminosa el cual tienen la siguiente característica:

Colores: blanco verde y azul fabricados de nitrato de galio e indio y colores ámbar y rojo fabricados de fosforo de galio indio y aluminio.

Potencia de 1 watt.

Vida promedio de 50000-60000 horas.

Flujo luminoso de 25 lm.

Tensión de operación de 24 V CD.

Corriente de operación 350 mA.

Angulo de apertura del haz luminoso 120°

Preciso control de flujo luminoso.

Bajas perdidas de calor.

Resistencia al impacto.

Base envolvente circular con superficie inferior disparadora de temperatura.

Terminales externas para alimentación ánodo cátodo.


53

Fig. 4.3 Iiluminación de estado sólido con LEDS de alta intensidad luminosa

4.3 Características: Lámparas con Leds de Alta Intensidad Luminosa para iluminación de Vías Rápidas

Se destacara las características del luminario con LEDS de alta intensidad luminosa de la serie LU con tres diferentes tipos de potencia y que actualmente en el distrito federal se empiezan a usar.

Fig. 4.4 Luminaria LED LU2 56 Watt

4,200 Lúmenes 85-265VAC

12/24DC


54

Fig. 4.5 Luminaria LED LU4

112 Watt 8,400 Lúmenes

85-265VAC 12/24DC

Fig. 4.6 Luminaria LED LU6 168 Watt

12,600 Lúmenes 85-265VAC

12/24DC

Diseño fotométrico revolucionario - El primer sistema óptico en el mundo que produce un haz de luz rectangular a través de un conjunto de lentes. Un control razonable de distribución de luz, que deja un patrón rectangular, asegurando Uniformidad ideal del brillo en la superficie de las carreteras y calles.

Único diseño integrado de lentes y pantalla - Conjunto de lentes que controla la luz y da protección a la lámpara. Produciendo una luz puntual, evitando así la pérdida que se puede generar por duplicación. Logrando una estructura simplificada, robusta y liviana del producto.

Creativa combinación plana de LEDS, disipador y base - Protege completamente la vida de los LED con un eficiente sistema de disipación del calor, satisfaciendo así la estructura y el diseño fundamental de las lámparas LED.

Diseño único para montar y desmontar - Simple y dinámico para un reemplazo fácil de los

componentes.

Aspecto moderno y funcional - Reduciendo el peso y la fuerza del viento, disminuyendo la carga del poste de la lámpara, optimizando el factor de seguridad.


55

Control inteligente de la corriente - Control inteligente de la corriente, en cualquier situación irregular, se alcanza la corriente constante y precisa, asegurando que los LED pueden trabajar bajo corriente estable y segura.

Ningún reflejo adverso - Elimina el reflejo causado por el fulgor ordinario adverso de las luces, la fatiga e interferencia visual de la vista, mejorando la seguridad del conductor, reduce la posibilidad de los accidentes de tránsito.

Ninguna contaminación de luz - Diseñada para mejorar la distribución de la luz, solamente iluminará el camino. No iluminará fuera del área de enfoque del camino.

No tiene alto voltaje - No se produce adsorción de polvo - Eliminando el alto voltaje reduce la adsorción de polvo manteniendo la pantalla limpia, asegurando que la lámpara puede entregar eficientemente su capacidad de brillo.

Sin temperatura alta no hay amarillamiento de la pantalla - Evitando así la deformación y amarillamiento de la pantalla, permitiendo mantener la lámpara en un buen estado por muchos años, entregando toda su capacidad lumínica.

Amplio voltaje de trabajo - En las lámparas tradicionales el brillo y la vida útil se reduce si el voltaje baja o sube más allá del 7%. Las lámparas LED no se ven afectadas por un cambio de esta naturaleza.

Partida sin demora - Alcanza el brillo normal al instante, eliminando el proceso largo de partida de las lámparas tradicionales. Incluso pueden partir a bajas temperaturas (-30°C).

Sin destello estroboscopio - Elimina la fatiga visual causada por el efecto estroboscopio de las lámparas de vías públicas.

Resistencia al impacto, a prueba de choques - Sin marcos y filamentos de vidrio, evitando así las roturas que sufren las lámparas tradicionales.

Índice alto de color - Buena coloración - Mostrando colores verdaderos y más brillantes.

Múltiples opciones de temperatura de color - Temperaturas de color para resolver las necesidades de diversas requerimientos. Eliminando la temperatura baja de color de la lámpara de sodio que causa un estado hipnótico, la alta temperatura de la lámpara de mercurio que causa un estado depresivo, en cambio las lámparas LED logran que los observadores se sientan mucho más cómodos y a gusto.

Importante ahorro de energía - Utilizando la energía ultra alta, el alto brillo de las lámparas LED, junto con la fuente de alimentación eficaz, puede ahorrar hasta un 80% de energía de las lámparas convencionales de sodio y haluro.


56

Larga vida útil, hasta 50.000 horas - Trabajando 8 horas al día, puede ser utilizada por más de 17 años, entre 5 y 10 veces más que una lámpara tradicional de sodio o haluro.

Sello verde de la Protección del Medio Ambiente - Estas lámparas LED no contienen plomo, mercurio, haluro y ningún contaminante que dañe el Medio Ambiente.

Voltaje de entrada universal - 85-264vac de voltaje constante de gama completa, tecnología corriente y constante de PWM, alta eficiencia, bajo calor, corriente constante de alta precisión.

Reduce pérdida de la línea, ninguna contaminación a la red de energía - Factor > 0.9, el THD < 20%, EMI se aplica con el índice universal global, reduce la pérdida de poder y líneas de transmisión para evitar la contaminación de la red con interferencias de alta frecuencia.

Trabaja bajo tensión baja y temperatura baja, segura y confiable - La temperatura del conjunto de LEDs puede ser controlada bajo temperatura ideal (TJ< 70 Ta=25º temperatura ambiente).

Combinación perfecta con energía solar - Utiliza completamente la ventaja de trabajar con LED bajo tensión baja, según los recursos energéticos solares disponibles, la electricidad y la energía solar se pueden combinar. Para alcanzar un mejor rendimiento entre funcionamiento y costos para los clientes.

4.4 PARÁMETROS TÉCNICOS DE LUMINARIAS LED PROPUESTAS PARA AVENIDA INSURGENTES

Tabla 4.2 Parámetros técnicos de las luminarias tipo led

LU2 LU4 LU6

Voltaje de entrada 85-264 VAC 85-264 VAC 85-264 VAC

Rango de frecuencia

Factor de potencia 0.9 0.9 0.9

Distorsión de armónica total

20% 20% 20%

Rendimiento de poder

85% 85% 85%

Voltaje 24 VCD 24 VCD 24 VCD


57

Consumo de led 56W 112W 168W

Consumo de suministro de

poder

10W 20W 30W

Eficacia luminosa 25 lm/w 25 lm/w 25 lm/w

Flujo inicial de led 5,000lm 10,000lm 15,000lm

Producción de salida del flujo

luminoso

4,200lm 8,400lm 12,600lm

Rendimiento de lámpara

90% 90% 90%

iluminación Altura= 6m ≥ 26lux Altura= 9m ≥ 12lux Altura=12m ≥ 6lux

Altura= 6m ≥ 53lux Altura= 9m ≥ 24lux

Altura=12m ≥ 13lux

Altura= 6m ≥ 80lux Altura= 9m ≥ 36lux

Altura=12m ≥ 20lux

Temperatura de color

5,000-7000K(fría) 3,000-

4,000K(neutra)

5,000-7000K(fría) 3,000-

4,000K(neutra)

5,000-7000K(fría) 3,000-

4,000K(neutra)

Índice de rendimiento de

color

80 80 80

Fuente de iluminación

1 watt x led

1 watt x led

1 watt x led

Vida útil ≥50,000horas ≥50,000horas ≥50,000horas

Cuerpo de lámpara y material

Aluminio y pvc Aluminio y pvc Aluminio y pvc

Dimensiones mm 540 largo 315 ancho 90 altura

715 largo 315 ancho 90 altura

890 largo 315 ancho 90 altura

Peso 7Kg 10Kg 13Kg


58

Fig. 4.7 Iluminación con leds en la avenida viaducto

En la imagen anterior se muestra que en la avenida viaducto en el distrito federal se está utilizando esta tecnología de luminarias con leds, como se ve en la imagen que con estas luminarias existe un buen sistema de iluminación. Uno de los aspectos más importantes a considerar en el alumbrado público en vialidades, es la calidad cromática de las luminarias utilizadas. La calidad cromática determina el rendimiento y comodidad visual de los usuarios (conductores y peatones), ya que influye en la agudeza de visión, rapidez de percepción, tiempo de recuperación antes del deslumbramiento y capacidad visual. Con las luminarias de leds, la calidad cromática es muy alta esto significa que los usuarios que circulen por estas vías que cuenten con estas luminarias tendrán una agudeza de visión alta así como un tiempo de recuperación para evitar accidentes y no caer en baches que existan en la avenidas.


59

4.4.2 COSTO DE LUMINARIAS TIPO LEDS

Tabla 4.3 Tabla de precios de luminarias tipo LEDS

no Modelo imagen Potencia (w)

Emisión de color Voltaje Precio USD

1

LU2

56

Fría o neutra

85-265VAC

12/24DC

500.00

2

LU4

112

Fría o neutra

85-265VAC

12/24DC

800.00

3

LU6

168

Fría o neutra

85-265VAC

12/24DC

1100.00


60

4.5 CALCULOS DE ILIMINACIÓN

CASO I Basándose de acuerdo a las características que presenta la zona seleccionada, realizaremos los cálculos de: Luxes promedio. Altura y montaje y longitud del brazo. Distancia entre luminarias. Superficie por iluminar. Coeficiente de utilización. Flujo luminoso. Iluminación media sobre la calle (área de circulación). Instalación de luminaria. Tipo de Luminaria.

CARACTERÍSTICAS DE AVENIDA INSURGENTES



CALCULO DE LUXES PROMEDIO

De la tabla 3.7 el nivel promedio de luxes recomendado seria EM=8 luxes por tener un nivel escaso de peatones y un intenso nivel de autos.

Tabla 4.4 luxes promedio

Tránsito de peatones

Muy escaso

(menos de 150)

Escaso

(150 a 500)

Mediano

(500 a 1200

Intenso

(más de 1200)

Intenso 6 8 16 12

Mediano 4 6 8 10

escaso 2 4 6 8


61

CALCULO DE ALTURA DEL MONTAJE Y LONGITUD DEL BRAZO

De acuerdo a la tabla la altura del montaje recomendado para este caso seria de: H=10 metros (por ser más económico) con disposición unilateral.

Tabla 4.5 Altura de montaje

Tabla 4.6 Longitud del brazo

La longitud del brazo del poste a la luminaria seria de Lbrazo=2.40metros

CALCULO DE LA DISTANCIA ENTRE LUMINARIAS Considerando una relación distancia entre luminarias a su altura de la tabla la separación entre luminarias seria de:

Tabla 4.7 Distancia entre luminarias


Ancho de la calle


Altura del montaje



peatones


Mas de 10m



central

10 a 12m

Mas de 12m

Ancho de la calle (metros)

Longitud del brazo (metros)

10 o mas 2.40

Tipo de luminaria Lámpara con gran superficie emitente

Lámpara de emisión concentrada (clara)

Cubierta 2.8 a 3.2 3.0 a 3.5


62

CALCULO DE LA SUPERFICE POR ILUMINAR

Considerando un coeficiente de degradación KD=0.85 Y un coeficiente de mantenimiento de KM=0.70

Tabla 4.8 Superficie por iluminar

CALCULO DEL COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN

El coeficiente de utilización, como ya se ha mencionado antes; este valor se obtiene de las curvas de los fabricantes.

Fig. 4.8 Curva de factor de utilización



Media 0.68 0.70


63

De la curva del factor de utilización anterior que la facilito el fabricante tenemos que

CALCULO DEL FLUJO LUMINOSO

Basándose en los valores calculados anteriormente, se determina el flujo luminoso del lado de la calle, con este dato podemos determinar qué tipo de luminaria LED se va a utilizar.

Determinamos que se utilizaría la luminaria LU4 con 112 Watts Flujo inicial del LED 10000 lumen

Fig. 4.9 fotometría de luminaria LU4


64

CALCULO DE LA ILUMINACIÓN MEDIA SOBRE LA CALLE (ÁREA DE CIRCULACIÓN)

La iluminación media seria por lo tanto.

Tomando en cuenta los factores de mantenimiento y degradamiento.

INTALACIÓN DE LUMINARIA

Fig. 4.10 fotometría de luminaria plana


65

El haz es rectangular tiene buena uniformidad de iluminación esta es la lámpara ideal para iluminación de avenidas y carretas.

Fig. 4.11 Haz luminoso de luminaria para carreteras y caminos.

EFECTO LUMÍNICO

Fig. 4.12 Haz luminoso de 3 lámparas con disposición unilateral. En la imagen anterior es la muestra del haz luminoso de 3 lámparas colocadas a un lado de la avenida con una separación entre lámpara de 28 metros, con disposición unilateral.


66

La diferencia del brillo es muy pequeña entre el centro del patrón del haz luminoso y el borde, casi ninguna diferencia en la extensión en el camino, alcanzando así los efectos ideales para la iluminación del camino. A continuación se muestra la distribución de luminarias de acuerdo a las características de la zona y basándose a los resultados obtenidos en los cálculos. 28 m 28 m 2.40m 11.88m

Fig. 4.13 Análisis del haz luminoso en el borde el centro y largo.


67

En la siguiente figura se observa la forma en que estarían distribuidas las luminarias en la parte de avenida insurgentes que cuenta con 4 carriles. Su distribución es unilateral. Esta distribución se basa en los cálculos realizados anteriormente para el caso I.


68

En las figuras anteriores se puede observar los luxes en cada uno de los cuatro carriles de la avenida insurgentes norte, como se muestra en el cálculo los tres carriles donde circulan carros particulares los luxes varían de 21 a 5.70 luxes.


69

Los luxes medios con este tipo de disposición es de 10 luxes y el nivel de luxes en el ultimo carril (carril exclusivo solo para metrobus) varían de 3.97 a 2.72luxes. Aunque es mínimo el nivel de iluminación no existiría problema alguno porque este carril solo es exclusivo para el metrobus,

En la figura anterior se puede observar con detalle la forma en que se vería la zona propuesta (Av. Insurgentes norte en el distrito federal), con la disposición unilateral utilizando lámparas tipo led de tal manera que los vehículos y peatones que circulen por esta zona contaran con una buena calidad de iluminación.


70

CASO II Se consideran los mismo cálculos para el caso II, la diferencia que existe entre el caso I y el II es el aumento de carriles a 5 y la longitud de la avenida que cuenta con 5 carriles es de 380 metros. Ahora se realizara el cálculo cuando la avenida insurgentes norte se convierte de 4 carriles a 5

carriles (zonas especificas). Luxes promedio. Altura y montaje y longitud del brazo. Distancia entre luminarias. Superficie por iluminar. Coeficiente de utilización. Flujo luminoso. Iluminación media sobre la calle (área de circulación). Instalación de luminaria. Tipo de Luminaria.

CARACTERÍSTICAS DE AVENIDA INSURGENTES



CALCULO DE LOS LUXES PROMEDIO

De la tabla 3.7 el nivel promedio de luxes recomendado seria EM=8 luxes CALCULO DE LA ALTURA DEL MONTAJE Y LONGITUD DEL BRAZO

De acuerdo a la tabla la altura del montaje recomendado para este caso seria de: H=10 metros con disposición bilateral con centros alternos

Tabla 4.9 Altura del montaje y longitud del brazo


Ancho de la calle


Altura del montaje



peatones


Mas de 10m



central

10 a 12m

Mas de 12m


71

La longitud del brazo del poste a la luminaria seria de Lbrazo=2.40metros

CALCULO DE LA DISTANCIA ENTRE LUMINARIAS

Considerando una relación distancia entre luminarias a su altura de la tabla la separación entre luminarias es igualmente de =28 metros

CALCULO DE LA SUPERFICE POR ILUMINAR

Igualmente se considerando un coeficiente de degradación KD=0.85 Y un coeficiente de mantenimiento de KM=0.70

Tabla 4.10 Superficie a iluminar

CALCULO DEL COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN

El coeficiente de utilización, como ya se ha mencionado antes; este valor se obtiene de las curvas de los fabricantes.



Media 0.68 0.70


72

Fig. 4.14 Curva de factor de utilización De la curva del factor de utilización anterior que la facilito el fabricante tenemos que

CALCULO DEL FLUJO LUMINOSO

Igualmente se utilizaría la luminaria LU4 con 112 watts Para no hacer un gasto mayor en cambiar el modelo de la luminaria. Flujo inicial del led 1000 lumen

CALCULO DE LA ILUMINACIÓN MEDIA SOBRE LA CALLE (ÁREA DE CIRCULACIÓN)

La iluminación media seria por lo tanto.

Tomando en cuenta los factores de mantenimiento y degradamiento.


73

EFECTO LUMÍNICO

Fig. 4.15 Efecto lumínico

En la imagen anterior se muestra el efecto lumínico con disposición bilateral con centros alternos mostrando el haz luminoso de 3 lámparas con separación entre lámpara de 14 metros, con esta disposición en cada lado de la avenida la separación de luminarias es de 28 metros. Igualmente la diferencia del brillo es muy pequeña entre el centro del patrón del haz luminoso y el borde, casi ninguna diferencia en la extensión en el camino, alcanzando así los efectos ideales para la iluminación del camino. Distribución de luminarias en base a los resultados obtenidos basándose en los cálculos anteriores y las características que presenta la zona del caso II. 14m 28m 2.40m 14.95m 2.40m

Fig. 4.16 Análisis del haz luminoso en el borde el centro y largo.


74

En la siguiente figura se observa la forma en que estarían distribuidas las luminarias en la parte de la avenida insurgentes que cuenta con 5 carriles (la raza). Su distribución es unilateral con centros alternados. Esta distribución se basa en los cálculos realizados anteriormente para el caso II.


75

En la figura anterior se muestra la iluminación promedio de la avenida insurgentes norte cuando cuenta con 5 carriles, se muestra que habría una excelente iluminación y que toda la avenida estaría bien iluminada.


76

En las figuras anteriores se puede observar con detalle los luxes en cada unos de los 5 carriles de la zona propuesta (Av. Insurgentes) con la disposición bilateral con centros alternados utilizando lámparas tipo LED de tal manera que los vehículos y peatones que circulen por esa zona contaran con una buena calidad de iluminación. Con este tipo de disposición los luxen varian de 12 a 23 luxes.


77

Como se muestra en la figura anterior así se vería la zona propuesta (Av. Insurgentes norte) en el segundo caso donde existen 5 carriles. Como se puede observar también existiría iluminación en los parques que se encuentran al lado de la avenida, haciendo que sea más seguro para las personas que se encuentren en los parques durante la noche, también de esta manera se asegura que los objetos, o peatones que por cualquier razón se encentren allí sean visibles para los conductores.


78

4.6 COSTO BENEFICIO ENTRE LÁMPARAS LED Y VAPOR DE SODIO/ADITIVOS METÁLICOS

COMPARACIÓN DE LUMINARAIA LU4 CON LUMINARIA DE ADITIVOS

METÁLICOS

Luminaria de LED LU4 con 112 watts.

Lámpara aditivos metálicos 250BT56 250 watts. El primer paso es determinar el número de luminarias recordando que una parte de la avenida va contar con disposición bilateral con centros alternados. Primero se calculara el número de luminarias de toda la zona donde se utilizaran luminarias con disposición unilateral, hay que recordar que la longitud de la avenida donde se utilizara la disposición bilateral con centros alternados es de 380 metros. A la longitud total de la avenida se le resta la longitud donde se utiliza la disposición unilateral con centros alternados y esta nueva longitud se divide entre la distancia entre postes, así se obtendrá el total de luminarias que se utilizarían con la disposición unilateral.

El número de luminarias con disposición unilateral seria de 219 luminarias. Ahora hay que determinar las luminarias que se utilizarían con la disposición bilateral con centros alternados. La manera que se obtendrá el número de luminarias es dividir la longitud donde se utiliza esta disposición entre la distancia entre postes recordando que en este caso es 14 metros y no 28 porque esta disposición bilateral con centros alternados se divide los 28 metros entre 2.

Ahora se determinara el número total de luminarias que se utilizarían en la avenida insurgentes norte. La manera de saber el número de total de luminarias es sumar las luminarias que se utilizan con disposición unilateral y las luminarias con disposición bilateral con centros alternados.


79

Ahora que se tiene en número total de luminarias utilizadas se realizara la comparación entre la luminaria de LED y la luminaria de aditivos metálicos. La tarifa que se utiliza es proporcionada por comisión federal de electricidad, la tarifa que se utiliza es la TARIFA A el cargo por energía consumida en los servicios suministrados en baja tensión es $ 2.486 por kilowatt-hora.

Las lámparas tendrán un funcionamiento de 12 horas por día entonces tenemos que:

Análisis de luminaria LED LU4 cálculo de watts gastados en 1 día, y por 1 mes.

Ahora se hace el análisis de la lámpara de aditivos metálicos/vapor de sodio 800BT56 calculo de watts gastados en 1 día y en 1 mes.

El ahorro de energía que se tendría con la luminarias LED lu4 con respecto a luminarias de aditivos metálicos o vapor de sodio es mayor del 50% y este ahorro se representa en pesos.


80

4.6.2 ANÁLISIS COMPARATIVO (COSTO DE ENERGÍA)

Tabla 4.11 análisis comparativo entre luminarias leds y vapor de sodio/aditivos metálicos

COMPARATIVA PREVISTA A 5 AÑOS

Tabla 4.12 análisis comparativo a 5 años

En la tabla 4.12 se muestra el ahorro de energía que se tendría en 5 años con el uso de luminarias tipo LEDS a comparación de las luminarias de aditivos metálicos y vapor de sodio. Durante estos 5 años solamente se utilizara 1 luminaria tipo LED porque esta tiene 50,00 horas de vida, esto quiere decir que durante estos 5 años no se tendría que cambiar ninguna luminaria ahorrando el cambio de lámparas.

Parámetros Luminaria vapor de sodio 800BT56

Luminaria de aditivos metálicos 800BT56

luminaria Led LU6

Vida en hrs 12000 15000 50000

Lámparas instaladas 246 246 246

Costo mensual de energía

Costo anual de energía $660,480 $660,480 $295,884

Parámetros Luminaria vapor de sodio 800BT56

Luminaria de aditivos metálicos 800BT56

luminaria Led LU6

Vida en hrs 12000 15000 50000

Lámparas instaladas 246 246 246

Costo anual de energía a 5 años

$3,302,400 $3,302,400 $1,479,420


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4.7NORMAS TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN Y ENTREGA PARA INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO

1. AUTORIZACIÓN DEL PROYECTO DE ALUMBRADO PÚBLICO

Solicitar a la dirección de alumbrado público, los criterios de diseño así como los lineamientos generales a los cuales se deben sujetar la elaboración del proyecto y la ejecución de obra de alumbrado público.

Las instalaciones de alumbrado público deben cumplir con lo dispuesto de la NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001 Y LA NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-013.

Solicitar a la dirección de alumbrado público la revisión del proyecto. Solicitud por escrito dirigida a la dirección de alumbrado público. Carta poder expedida por el fraccionador donde faculta al contratista eléctrico para hacer

todos los trámites en su nombre. Una copia del plano de notificación. Plano del proyecto de alumbrado público. Catalogo de conceptos (características de la luminaria que se va utilizar). Memoria de cálculo.

Una vez que el proyecto este revisado y aprobado por la dirección de alumbrado público, se entregan como mínimo tres juegos del plano, memoria y catalogo para que la dirección de alumbrado público firme y selle dichos documentos y envié el oficio para su aprobación.

2. CARACTERÍSTICAS Y CONTENIDOS DE LOS DOCUMENTOS PARA LA APROBACIÓN DEL

PROYECTO

a) MEMORIA DE CÁLCULO.

Calculo de iluminación de cada uno de las vialidades que se definen en el proyecto, mismo que se hace en el software, dicho calculo debe entregar como resultado el nivel de iluminación promedio, máximo y mínimo así como la uniformidad.

Calculo de la densidad de la potencia eléctrica de alumbrado, para verificar si los factores encontrados en el proyecto cumplen con los de la tabla de la NOM 013.

Calculo del calibre de los alimentadores.

b) CATALAGO DE CONCEPTOS. c) PLANO DEL PROYECTO DE ALUMBRADO PÚBLICO.


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3. LINEAMIENTOS GENERALES BAJO LOS CUALES SE DEBEN DISEÑAN LAS INSTALACIONES DEL

ALUMBRADO PÚBLICO.

a) CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO

El tipo de cable que deben usar los circuitos de alumbrado público debe ser si es en caso de instalación subterránea será cable tipo THW o THHW 105°C de cobre calibre mínimo 8 AWG, y si la instalación es aérea será cable múltiple de aluminio calibre 4 COMC. En ambos casos la regulación máxima será del 3%.

Conexiones entre conductores y los empalmes necesarios deben hacerse solo en los registros con conector tipo (pulpo y CM) y aislados con manga temocontractil o cinta aislante vulcanizable y una capa de cinta plástica.

b) Los luminarios para emplearse en el alumbrado público deben estar aprobadas por la dirección de alumbrado público y cumplir con las normas oficiales vigentes.

c) Obra civil para instalaciones de alumbrado público.

Los registros empleados para la canalización en banqueta deberán ser 40x40x40cmfabricados de concreto hidráulico.

Las canalizaciones para los cables de alumbrado público deberán ir bajo la banqueta a una profundidad de 30 cm con tubo conduit o PVC o poliducto de alta intensidad de 1 pulgadas o 1

1/4 de pulgada como mínimo.

La base para postes metálicos debe fabricarse de concreto y deben tener una forma de prisma rectangular, la base del pedestal deberá sobresalir 5 cm por arriba del nivel de la banqueta o de guarnición en caso de estar en camellones.


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CONCLUSIÓN

En base a los elementos mostrados en el desarrollo de esta tesis se observa que las luminarias

tipo LEDS cuentan con grandes ventajas sobre las convencionales tales como: el ahorro de

energía que se obtiene que es aproximadamente del 50 y 60% y este ahorro de energía se

refleja en pesos, de esta manera se justifica el costo elevado de las luminarias LEDS, también

tienen una mayor vida, esto quiere decir que no se tendrá que hacer un gasto del

mantenimiento de las luminarias así como también el cambio de los LEDS.

En comparación con las luminarias de vapor de sodio y aditivos metálicos las luminarias de LEDS

son más rentables por sus características fundamentales que a continuación se muestran:

Características de rendimiento y operación

Luminaria de aditivos

metálicos

Luminaria de vapor de sodio en alta presión

Luminarias LED LU4

Eficacia luminosa 70-100 lm/W 90-150 lm/W 25 lm/W

Vida promedio 10,000 horas 20,000 horas 50,000 horas

Índice de rendimiento de color

65 Ra 25 Ra 80 Ra

Temperatura de color 4100 K 2100 K 3000-7000 K

Potencia de línea 250 W 295 W 112 W

Eficiencia del luminario 85 88 98

Flujo luminoso inicial 20,000 27,000 10,000

Generación de calor Fuerte Fuerte Fuente de luz fría

Encendido 10 minutos 7 minutos 2 segundos

Oscurecimiento de pantalla

En poco tiempo

En poco tiempo no

Amarillamiento de pantalla

Muy fuerte Muy fuerte no

Contaminación ambiental Con plomo Con sodio No contamina


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En cuanto a los niveles de iluminación se demuestra que en la zona donde hay 5 carriles en la

avenida insurgentes norte se utilizo la disposición de las luminarias tipo bilateral con centros

alternados y esta disposición es muy recomendable por que el nivele de iluminación promedio

es de 17 luxes, el nivel mínimo de iluminación es de 12 luxes y el nivel máximo de iluminación

es de 23 luxes demostrando así que en toda la zona hay una buena iluminación solo que el

números de luminarias aumenta y la inversión seria mayor.

En cuanto a los niveles de iluminación en la zona donde hay 4 carriles en la avenida insurgentes

norte se utilizo la disposición de las luminarias tipo unilateral y con esta disposición el nivele de

iluminación promedio es de 10 luxes, el nivel máximo de iluminación es de 21 luxes y el nivel

mínimo de iluminación es de 2.72, donde existe el nivel mínimo de iluminación es el carril más

alejado de las luminarias quiere decir el carril del metro bus, este carril aunque no está bien

iluminado si cuenta con poca iluminación y suponiendo que en ese carril solo es exclusivo para

el metro bus y no hay peatones, se justifica el poco nivel de iluminación que hay en este carril.

En base a estas consideraciones se puede decir que si es conveniente y factible el uso de LEDS

en el alumbrado público en la avenida insurgentes norte en el distrito federal, ya que además

de consumir menos energía nos da un nivel de iluminación adecuado.


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APÉNDICE

HISTORIA DE LOS LEDS

60’s

Nick Holonyak Jr., inventó el primer diodo emisor de luz (LED) en los laboratorios de General Electric. Estos primeros LEDS eran de color rojo y se emplearon como indicadores.

70’s

Aparecen los LEDS de color verde, amarillos y naranjas. Un rango de mercado más amplio empieza a utilizarlos en calculadoras, relojes digitales y equipos de monitoreo.

80’s (Principios)

LEDS de mayor calidad fueron desarrollados con nuevas tecnologías, estos eran más eficientes, consumiendo menor energía y generando 10 veces más luz que las generaciones anteriores. Ahora se anexan las aplicaciones de pizarrones de mensajes y señalización exterior.

80’s (Finales) – 90’s (Principios)

Se tienen grandes avances en control de calidad, permiten a los LEDS entrar a mercados de uso rudo.

90’s (Mediados)

El Dr. Nakamura inventa el LED de color azul en los laboratorios de Nichia. Con estos LEDS con colores saturados y con la posibilidad de crear rangos de color casi infinitos. La luz blanca se logra.

90’s (Finales)

El mercado se ha enfocado en 4 áreas principales:

Artículos de control de tráfico (semáforos) Pizarrones de mensajes variables Aplicaciones Automotrices Iluminación arquitectónica y de Display’s

El futuro será más brillante ya que con el empleo de los LEDS se tendrá un ahorro de energía costos y tiempo.


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El led

LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO La lámpara de vapor de sodio está compuesta de un tubo de descarga de cerámica translúcida, esto con el fin de soportar la alta corrosión del sodio y las altas temperaturas que se generan; a los extremos tiene dos electrodos que suministran la tensión eléctrica necesaria para que el vapor de sodio encienda. Para operar estas lámparas se requiere de un balasto y uno o dos condensadores para el arranque. Para su encendido requiere alrededor de 9-10 minutos y para el re encendido de 4-5 minutos. El tiempo de vida de estas lámparas es muy largo ya que ronda las 20000 horas.

Iluminación con lámparas de vapor de sodio.

http://es.wikipedia.org/wiki/Balastro

http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico

http://infoleds.files.wordpress.com/2007/04/white_leds_jpg.jpg


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DE VAPOR DE SODIO A BAJA PRESIÓN

Sensibles a las variaciones de tensión influyendo en sus características eléctricas y luminosas. Tiempo de re encendido del orden de minutos dependiendo de la refrigeración que permita la lámpara. Se utilizan en posición horizontal principalmente en potencias de 135w a 9 metros de altura y de 180w a 12 metros de altura.

CARACTERÍSTICAS:

Encendido: 7 – 12 minutos. Temperatura de color cálida 1800K. Nulo índice de rendimiento 0 Ra. Alta eficacia 120-200 lm/W. Mediana vida promedio 12000-15000 horas. Bajo control de flujo luminoso.

Lámparas de vapor de sodio de baja presión.


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LÁMPARA DE VAPOR DE SODIO EN ALTA PRESIÓN

Tensiones de encendido del orden de 2 a 5 KV Proporcionada por arrancadores. Tienen una característica intensidad de corriente – tensión de arco positiva. La vida de estas lámparas se ve afectada por las variaciones de red (inferior al ± 5% de la tensión nominal de la reactancia). Se utilizan en posición horizontal principalmente en potencias de 250w a 9 metros y de 400w a 12 metros.

CARACTERÍSTICAS:

Encendido: 6 ó 7 minutos. Temperatura de color cálida 2100K. Bajo índice de rendimiento de color 20-30 Ra. Mediana eficacia 90-150 lm/W. Larga vida promedio 20000 horas. Buen control de flujo luminoso.

Lámpara de vapor de sodio


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LÁMPARA DE ADITIVOS METÁLICOS

Las lámparas de haluro metálico, también conocidas como lámparas de aditivos metálicos, lámparas de halogenuros metálicos, lámparas de mercurio halogenuro o metalarc, son lámparas de descarga de alta presión, del grupo de las lámparas llamadas hid (hight intensity discharge). Son generalmente de alta potencia y con una buena reproducción de colores.

Un haluro es un compuesto binario en el cual una parte es un átomo halógeno y la otra es un elemento o radical que es menos electronegativo que el halógeno. Según el átomo halógeno que forma el haluro éste puede ser un fluoruro, cloruro, bromuro o yoduro.

Iluminación con lámparas de aditivos metálicos. La luz se genera pasando un arco eléctrico a través de una mezcla de gases. En una lámpara de haluro metálico, el tubo compacto donde se forma el arco contiene una mezcla de argón, mercurio y una variedad de haluros metálicos. Las mezclas de haluros metálicos afecta la naturaleza de la luz producida, variando correlacionada mente la temperatura del color y su intensidad (por ejemplo, que la luz producida sea azulada o rojiza). El gas argón se ioniza fácilmente, facultando el paso del arco voltaico a través de dos electrodos, cuando se le aplica un cierto voltaje a la lámpara. El calor generado por el arco eléctrico vaporiza el mercurio y los haluros metálicos, produciendo luz a medida que la temperatura y la presión aumentan. Las lámparas de haluro metálico requieren un equipo auxiliar para proporcionar el voltaje apropiado para comenzar el encendido y regular el flujo de electricidad para mantener la lámpara encendida.

Los principales componentes de la lámpara de haluro metálico son los siguientes. Tienen una base metálica (a veces una en cada extremo), que permita la conexión eléctrica. La lámpara es recubierta con un cristal protector externo (llamado bulbo) que protege los componentes internos de la lámpara. Dentro de la cubierta de cristal, se encuentran una serie de soportes y alambres de plomo que sostienen el tubo de cuarzo fundido (donde se forma el arco voltaico y la luz), y a su vez este se encaja en los electrodos de tungsteno.

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Hal%C3%B3geno

http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Radical

http://es.wikipedia.org/wiki/Electronegatividad

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluoruro

http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro

http://es.wikipedia.org/wiki/Bromuro

http://es.wikipedia.org/wiki/Yoduro

http://es.wikipedia.org/wiki/Arco_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Arg%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_(elemento)

http://es.wikipedia.org/wiki/Haluro

http://es.wikipedia.org/wiki/Ionizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Arco_voltaico

http://es.wikipedia.org/wiki/Arco_voltaico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Wolframio


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Dentro del tubo de cuarzo fundido, además del mercurio, contiene yoduros, bromuros de diferentes metales y un gas noble. La composición de los metales usados define el color y la temperatura de la luz producida por la lámpara. Se utilizan en posición horizontal principalmente en potencias de 250w a 9 metros y de 400w a 12 metros.

CARACTERÍSTICAS:

Temperatura de color fría 4000K. Buen índice de rendimiento de color 65 Ra. Baja eficacia 80-120 lm/W. Baja vida promedio 8000-20000 horas. Buen control de flujo luminoso. Encendido: 10 a 15 minutos.

Lámpara de aditivos metálicos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Yoduro

http://es.wikipedia.org/wiki/Bromuro

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_noble

http://www.electricasas.com/wp-content/uploads/2008/11/lamdes2.jpg


91

CALIDAD DE LA ENERGÍA La energía eléctrica comúnmente se genera en las grandes centrales utilizando maquinas rotatorias síncronas cuyo campo es excitado con un voltaje de C.D. E impulsado mecánicamente por turbinas, produciendo una tensión senoidal trifásica en las terminales de la armadura. Dicha forma de onda es característica del diseño de la maquina y la disposición de sus devanados.

FORMAS DE ONDA DISTORSIONADAS Cuando el voltaje o la corriente de un sistema eléctrico tienen deformaciones con respecto a la forma de onda senoidal, se dice que señal esta distorsionada. Fenómenos transitorios tales como el arranque de motores, conmutación de capacitores

efectos de tormentas o por fallas por corto circuito entre otros. Condiciones permanentes que están relacionados con armónicas en los sistemas eléctricos es

común encontrar que las señales tendrán una cierta distorsión que cuando es baja, no ocasiona problemas en la operación de equipos y dispositivos.

DEFINICIÓN DE ARMÓNICAS Las armónicas son distorsiones de las ondas senoidales de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal. La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico que crea problemas tales como, el aumento de pérdidas de potencia activa, sobretensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la vida útil de los equipos, entre otros.

Armónicas


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Las armónicas se definen habitualmente con los dos datos más importantes que les caracterizan, que son:

Su amplitud: hace referencia al valor de la tensión o intensidad de la armónica. Su orden: hace referencia al valor de su frecuencia referido a la fundamental (60 Hz). Así, una

armónica de orden 3 tiene una frecuencia 3 veces superior a la fundamental, es decir 3 x 60 Hz = 180 Hz.

Toda corriente eléctrica fluye por donde se le presenta menor resistencia a su paso. Por esta razón las corrientes armónicas siguen trayectorias distintas, pues se tiene que las impedancias de los sistemas varían según la frecuencia. Donde se tiene que la reactancia inductiva se incrementa con la frecuencia y la resistencia se incrementa en menor medida, mientras que la reactancia capacitiva disminuye con la frecuencia. Así las armónicas fluyen hacia donde se le presenta menos resistencia a su paso.

ORIGEN DE LAS ARMÓNICAS

En general, las armónicas son producidos por cargas no lineales, lo cual significa que su impedancia no es constante (está en función de la tensión). Estas cargas no lineales a pesar de ser alimentadas con una tensión senoidal absorben una intensidad no senoidal, haciendo que la corriente este desfasada un ángulo respecto a la tensión.

Existen dos categorías generadoras de armónicas. La primera es simplemente las cargas no lineales en las que la corriente que fluye por ellas, no es proporcional a la tensión. Como resultado de esto, cuando se aplica una onda senoidal de una sola frecuencia, la corriente resultante no es de una sola frecuencia. Transformadores, reguladores y otros equipos conectados al sistema pueden presentar un comportamiento de carga no lineal y ciertos tipos de bancos de transformadores multifase conectados en estrella-estrella con cargas desbalanceadas o con problemas en su puesta a tierra. Diodos, elementos semiconductores y transformadores que se saturan son ejemplos de equipos generadores de armónicas, estos elementos se encuentran en muchos aparatos eléctricos modernos. Invariablemente esta categoría de elementos generadores de armónicas, lo harán siempre que estén energizados con una tensión alterna. Estas son las fuentes originales de armónicas que se generan sobre el sistema de potencia. El segundo tipo de elementos que pueden generar armónicas son aquellos que tienen una impedancia dependiente de la frecuencia.


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CONTENIDO NORMAL DE ARMÓNICAS

Las armónicas crean problemas sólo cuando interfieren con la operación propia del equipo, incrementando los niveles de corriente a un valor de saturación o sobrecalentamiento del equipo o cuando causan otros problemas similares. También incrementan las pérdidas eléctricas y los esfuerzos térmicos y eléctricos sobre los equipos. Las armónicas lo que generalmente originan son daños al equipo por sobrecalentamiento de devanados y en los circuitos eléctricos, esta es una acción que destruye los equipos por una pérdida de vida acelerada, los daños se pueden presentar pero no son reconocidos que fueron originados por armónicas. El nivel de armónicas presente puede estar justamente abajo del nivel que pueden causar problemas, incrementar este valor límite puede presentarse en cualquier momento y pasar a un valor donde no se puedan tolerar.


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REFERENCIAS

[1] Carlos Jiménez, “Manuales de luminotecnia oficinas” ediciones ceac. [2]Jesús Trshorras Mónteselos, “Diseño de Instalaciones Eléctricas de alumbrado” PARANINFO Thompson learning. [3]” Curso Básico de Iluminación de la Sociedad Mexicana de Ingeniería de Iluminación A.C.” [4] Jorge Chapa Correón “Manual de instalaciones de alumbrado y fotometrías” editorial limusa. [5] Enríquez Harper “El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión” editorial limusa. [6] Enríquez Harper “Manual práctico del alumbrado” editorial limusa. PAGINAS WEB http://edison.upc.edu/curs/llum/exterior/vias_p.html Alumbrado de vías publicas http://www.iluminet.com.mx/articulos-destacados/%c2%bfaditivos-metalicos-o- vapor-de-sodio-en-alta-presion-para-el-alumbrado-publico-en-mexico/ http://www.bekolite.com/spanish/Calles.html Alumbrado público de alta eficiencia http://www.pantallasled.com.mx/productos/iluminacion_exterior/lamparas_led_lu6.html http://www.monografias.com/trabajos60/diodo-led/diodo-led.shtml Que es el led http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_emisor_de_luz

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http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina8.htm http://www.cfe.gob.mx/es/InformacionAlCliente/conocetutarifa/ http://html.rincondelvago.com/armonicos.html

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina8.htm

http://www.cfe.gob.mx/es/InformacionAlCliente/conocetutarifa/

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