Portugués Salgado, Fernando. Gerente Departamento instalaciones de seguridad de túneles, Geocontrol S.A.

1. IntroducciónLa iluminación de túneles es uno de los

aspectos fundamentales para asegurar laseguridad de los usuarios ya que se encarga deproporcionar una continuidad lumínica entrelos niveles exteriores e interiores, reduciendoel tiempo de adaptación que necesitan losconductores al entrar al túnel.

El sistema de iluminación se dimensiona enfunción de los niveles de luminancia existentesen las bocas de los túneles durante el día, quees cuando mayor refuerzo de alumbradorequiere el túnel. El mantenimiento de estesistema es uno de los que más recursosconsume, tanto por las operaciones sobre loscomponentes que lo conforman (proyectores,lámparas), como por el gasto energético quelleva asociado, que puede ser superior al 90 %del consumo de un túnel.

Por este motivo es fundamental asegurarque el nivel de iluminación que está implantadoen el túnel es el adecuado a las necesidadesreales, siempre de acuerdo con la normativa, yque no se está haciendo un uso ineficiente delsistema.

En la búsqueda de este objetivo, Geocontrolha desarrollado una METODOLOGÍA DEOPTIMIZACION DE INSTALACIONES DEALUMBRADO EN TÚNELES, para poderseleccionar cuál sería la solución técnica másrentable en términos económicos y funcionales;resultando todo ello una solución óptima parael cliente final.

La metodología está basada en el vigente “Borrador sobre el nuevo documento deRecomendaciones para la Iluminación decarreteras y túneles” de Ministerio de Fomento(en adelante “el Borrador”), sobre el cual se handesarrollado mejoras eminentemente prácticascon el fin de aumentar la precisión de losestudios de alumbrado.

Esta metodología se puede aplicar en fase deredacción de proyecto o para modificacionesen túneles existentes.

Esta metodología sigue las siguientesetapas:

2. Recopilación inicial de lainformaciónLa primera etapa de esta metodología es la

recopilación de la información relativa al túnel.Es deseable contar con los siguientesdocumentos:

Anejo y planos de alumbrado de los proyec-tos (constructivo, as-built y modificaciones).

Facturas de consumos eléctricos. Mediciones de iluminancia en el interior y

exterior del túnel. Resumen de potencias eléctricas medidas en

campo. Flujo vehicular (IMD) y estadísticas de tráfi-

co. Registros de Aforos. Velocidad máxima de circulación por el

túnel.

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Metodología deoptimización deinstalaciones dealumbrado en túneles

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3. Visita al túnelA continuación, y si es viable, se realiza una

visita al propio túnel para verificar lainformación reflejada en la documentacióndisponible y obtener los datos no necesariospara la elaboración del estudio.

Los datos fundamentales a obtener en estavisita son:

Registros de las estaciones de aforo del túnel. Consumos eléctricos de los circuitos de

alumbrados bajo las condiciones reales de lasinstalaciones y del suministro eléctrico.

Verificación de la concordancia entre la tipo-logía de la instalación de alumbrado existen-te y la descrita en los proyectos.

Fotografías de la región percibida por el con-ductor en cada portal desde la distancia deseguridad.

Valores de luminancia del terreno dentro dela región percibida por el conductor.

Obtención de medidas de iluminancia en losdistintos tramos del túnel.

4. Obtención de la curva dereferencia de luminanciaCon los datos obtenidos en las dos primeras

etapas de la metodología, se calculan los valoresde la curva de referencia de luminancia en el

interior de un túnel. Para ello, se siguen lasindicaciones del “Borrador sobre el nuevodocumento de Recomendaciones para laIluminación de carreteras y túneles delMinisterio de Fomento”, siendo necesariodeterminar los siguientes parámetros:

Clasificación del túnel, en función de su IMD,o de manera más precisa a través de su IMH

Distancia de parada, para calzada seca ohúmeda.

Luminancia de acceso L20, mediante medicióndirecta.

De este modo se obtiene la curva deadaptación de luminancia. No obstante, es muyimportante caracterizar adecuadamente el valorde IMH y el de L20, dado que se puedesobredimensionar la instalación si se adoptanvalores inadecuados.

4.1. Determinación del valor de IMHEl valor de IMH no suele estar disponible, por

lo que se suele estimar a través de la IMD. Estaaproximación es suficiente para un estudiopreliminar, pero para una evaluación detallada esmás adecuado analizar la serie histórica detráfico en el túnel para obtenerestadísticamente los valores de IMH.

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Gráfica de la luminancia en un túnel a lo largo de parte de su longitud

Gráfica con las IMD anuales y las principales IMH de un túnel.

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4.2. Determinaciòn del valor de L20

La caracterización precisa de L20 esdeterminante para el dimensionado del sistemade alumbrado del túnel.

La situación óptima es cuando se disponede un registro histórico de las lecturas delos luminancímetros exteriores del túnel,como se refleja en la siguiente gráfica, dedonde se puede extraer un valor adecuadode L20.

Si no se cuenta con el citado registrohistórico, se debe realizar una determinaciónexperimental del valor de L20.

La siguiente imagen muestra una fotografíarealizadas en la visita a un túnel junto a ladisgregación en zonas de cada una de lascomponentes de la L20 para el acceso al túnel.

Con esta lectura, y con ayuda de unmodelado matemático de la evolucióntemporal de la luminancia de acceso a lo largodel año, se puede estimar la evolución anual dela luminancia L20, factor que determinará el

nivel de alumbrado del túnel y la potenciaeléctrica consumida.

La obtención del modelo consta de lossiguientes pasos: Cálculo de las coordenadas solares. Cálculo de la radiación solar en un plano Discriminación de planos Discriminación de zonas dentro de planos Asignación de luminancias a cada plano Obtención de la evolución temporal Obtención de las horas de funcionamiento

mensuales de cada alumbrado

Partiendo de las coordenadas del túnel sepuede calcular la distribución anual de radiaciónsolar que incide en el volumen incluido dentrodel cono de visualización de 20º. Inicialmente, seproyecta este volumen sobre la cartografía delas bocas del túnel, generando una superficie.

A continuación, se aproxima esta superficiemediante planos, como se muestra en lasiguiente figura. De esta manera, se puedecalcular la radiación solar recibida en cada unode los planos que forman la superficie.

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Gráfica con las lecturas de los luminancímetros de un túnel durante un periodo de tiempo

Vista en planta de la proyección del cono visual de 20º, y la segregación en planos

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Las zonas definidas para la obtención de laluminancia se dividen, de acuerdo a los planosobtenidos mediante la proyección del conovisual de 20º sobre la cartografía de las bocas,como se aprecia en la figura de arriba.

Se establece una correlación entre ladistribución anual de radiación solar y deluminancia ayudándonos de los valoresempíricos obtenidos durante la visita al túnel.De este se obtiene la distribución anual de laluminancia en las bocas del túnel, comomuestran las figuras de arriba.

5. Evaluación de la instalaciónde alumbrado existenteUna vez determinada la curva de referencia

de luminancia, se evalúa el cumplimiento de lainstalación existente de alumbrado respecto alos niveles normativos, en función de los datosrecopilados en la inspección del túnel,

comparando con los valores indicados en elBorrador.

Esta comparativa determina el estado en elcual se encuentra la instalación actual respecto

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Gráfica comparativa entre luminancia existente y normativa en untúnel

Vista en alzado de la proyección del cono visual de 20º, y la segregación en planos

Distribución anual de la luminancia estimada en ambas bocas

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a los valores normativos. En función de ladesviación entre estos valores, será más omenos interesante plantear la optimización dela instalación de alumbrado.

6. Evaluación de las posiblessoluciones técnicasEn función de la necesidad de optimización

de la instalación existente, se analizan lasdiferentes soluciones técnicas posibles que sepueden adoptar en la iluminación del túnel y serealiza una selección previa de las alternativasfactibles para su posterior análisis comparativo.

Los factores que se deben analizar son: Tecnología de luminarias: VSAP, LED,

Fluorescencia, etc. Configuración de luminarias: bilateral, cenital,

etc. Regulación: escalonada, continua, etc. Reflectividad de las superficies: asfalto, hastia-

les, etc.

7. Cálculo luminotécnicoPara el diseño de las posibles soluciones

técnicas de optimización de la instalación dealumbrado, se debe llevar a cabo un cálculoluminotécnico de la instalación.

Este cálculo se debe realizar preferiblementecon un programa de modelado informático. Esfundamental ser riguroso en la determinaciónde los diferentes factores que influyen en elcálculo, especialmente el factor demantenimiento, según lo indicado en la ITC-EA-06 del Reglamento de Eficiencia Energética enInstalaciones de Alumbrado Exterior.

8. Análisis económico dealternativasUna vez diseñadas las soluciones técnicas, se

lleva a cabo un análisis económico de las

diferentes alternativas técnicas consideradas, deacuerdo a lo indicado en el Borrador.

Se deben tener en cuenta los siguientestérminos económicos:

Inversión: equipos, canalizaciones, cableado,software, etc.

Consumo de energía Gastos de mantenimiento

La metodología desarrollada por Geocontrolpone especial hincapié en determinar estoscostes de una manera lo suficientementeprecisa como para que el estudio tenga lamayor exactitud posible.

De este modo, para determinar losparámetros de inversión, es aconsejabledesarrollar unas mediciones y pedir cotizacióna empresas instaladoras, con experiencia entrabajos en túneles, para el suministro ymontaje de las unidades descritas en elproyecto.

8.1. Consumo de energíaPara calcular el consumo de energía total

anual de la instalación de alumbrado,primeramente se determina la potenciainstalada en cada circuito sumando las

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Análisis de la potencia instalada en un túnel para varias soluciones alternativas

Resumen de horas de funcionamiento de un circuito enfunción del mes y el tramo de tarificación.

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potencias de todas las lámparas de cada circuitomás las de los equipos auxiliares.

Seguidamente, se disgrega el número mensualde horas de funcionamiento de cada circuito dealumbrado en tramos de tarificación.

Finalmente, el cálculo de los costes se realizamediante:

Consumo teórico energético (kWh):es la suma de los productos de la potenciaen funcionamiento por el número anual dehoras correspondiente para cada régimen defuncionamiento, para cada uno de los perio-dos de tarifación, al que se le aplica un factorde corrección para tener en cuenta las pér-didas de la instalación.

Coste fijo anual de la instalación: seobtiene multiplicando la potencia total con-

tratada, teniendo en cuenta las pérdidas(kW), por el coste del kW/mes y por los12meses del año.

Coste variable: es el producto del consu-mo teórico (kWh) por el coste del kWh.

Coste total: es la suma de los costes fijosmás los costes variables

Como resultado se obtiene una estimaciónprecisa de los costes futuros, como se apreciaen la tabla inferior.

Es conveniente contrastar la curva deconsumos teórica con la curva obtenida con losdatos históricos de facturación, teniendo encuenta las tarifas medias de los términos deenergía y de potencia de las propias facturaseléctricas.

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Resumen de costesde una soluciónalternativa

Gráfica comparativa entre coste y consumo real y según un modelo teórico para un túnel.

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Si el modelo teórico se aproxima bastantebien al consumo real, se considera válido para elestudio de costes, ya que el análisis económicoes comparativo entre las alternativaspropuestas, por lo que las pequeñasdesviaciones del mismo afectarán por igual a lasalternativas comparadas.

8.2.Determinación de los gastos demantenimiento

Los gastos de mantenimiento responden alas operaciones de mantenimiento programado(preventivo) y a las operaciones demantenimiento correctivo, cuya descripción yperiodicidad está reflejada en el manual deexplotación y el contrato de conservación decada túnel.

Para determinar el coste de estas tareas, esnecesario descomponerlas en los recursoshumanos y materiales necesarios, con unavaloración económica basada en los precioscontractuales.

Las principales operaciones demantenimiento programado son:

Revisiones y mediciones de la instalación Limpieza de las luminarias Sustitución de las lámparas y equipos auxilia-

res al final de su vida útil.

Aunque en todos los casos los fabricantesgarantizan la vida útil de los equipos,lógicamente siempre será necesaria algunasustitución. Este hecho genera los gastosderivados del mantenimiento correctivo.

9. Análisis de la rentabilidadLa etapa final de esta metodología es el

análisis sobre cuál es la alternativa más rentable.Esta decisión no se debe basar puramente entérminos de inversión inicial, dado que elconsumo eléctrico no es despreciable, y sepueden producir ahorros interesantesanalizando estos resultados a corto-medioplazo.

Como indica el Borrador, el análisiseconómico se realiza en base a los flujos degastos de cada una de las alternativas a lo largodel periodo de estudio, actualizándolos al añode puesta en servicio, lo que nos da el ValorActual Neto (VAN) de dichos flujos para cada

alternativa. En principio, resultará más favorabledesde el punto de vista económico laalternativa cuyo VAN sea menor.

Además se analiza la rentabilidad que suponeel mejorar la situación actual por otra solución.Para ello se calcula la tasa interna de retorno(TIR) para el periodo de 20 años,correspondiente a los flujos monetariosdiferenciales entre alternativas, considerandolos ahorros como ingresos.

También se realizan análisis de sensibilidad delos ratios de rentabilidad, en relación convariaciones de la inversión, del coste estimadode los consumos y de los costes de explotación.

El análisis de rentabilidad concluye con unaexplicación sobre los motivos económicos quejustifican la elección de la alternativaseleccionada.

10. Referencias normativas Borrador sobre el nuevo documento de

Recomendaciones para la Iluminación decarreteras y túneles del Ministerio deFomento, 2013.

CIE-88-1990 “Guide for the lighting of roadtunnels and underpasses” de la InternationalComission on Illumination, 1990.

Real Decreto 1890/2008, de 14 de noviem-bre, por el que se aprueba el “Reglamento deeficiencia energética en instalaciones dealumbrado exterior y sus Instrucciones téc-nicas complementarias EA-01 a EA-07”.

Oficio Ministerial del 19 de mayo de 2011sobre “Instrucciones complementarias sobreactuaciones a realizar por las Demarcacionesde carreteras para reducir el consume deenergía eléctrica en las instalaciones dealumbrado público”

Recomendaciones a tener en cuenta para elanálisis de la sustitución de las luminariasactuales por otras de tecnología LED y parala instalación de nuevas luminarias con tec-nología LED, Ministerio de Fomento, 2012.

www.geocontrol.es

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