Tesis de Magíster en Luminotecnia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN

Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología

Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión

"Ing. Herberto C. Bühler"

Tesis de Magíster en Luminotecnia Nº Expediente: 61148 - 2002

Título

“Determinación de la iluminancia media y depreciación de instalaciones de alumbrado urbano mediante registro

móvil de datos”

Aspirante

Ing. Héctor Ignacio Gagliardi

Director de Tesis

Dr. Ing. Eduardo R. Manzano

Comisión de Supervisión

Ing. Carlos B. Boquete

Ing. Mag. Mario R. Raitelli

San Miguel de Tucumán, 2006 Rep. Argentina

RESUMEN

DETERMINACIÓN DE LA ILUMINANCIA MEDIA Y DEPRECIACIÓN DE INSTALACIONES DE ALUMBRADO URBANO MEDIANTE REGISTRO MÓVIL

DE DATOS

La gestión del alumbrado de ciudades requiere disponer de medios para controlar la magnitud de los valores de los parámetros luminotécnicos y su evolución en el tiempo en forma rápida y con cierta precisión para las distintas vías de tránsito de una ciudad. El trabajo describe un proyecto en curso cuyo objetivo consiste en desarrollar una metodología de medición y control del estado de depreciación de las instalaciones de alumbrado urbano evaluando un factor de calidad determinado por la iluminancia media sobre la calzada. Esto implica por una parte, el desarrollo de un instrumento portátil que permita realizar mediciones desde cualquier tipo de vehículo, normalmente un automóvil, de modo continuo, automático y con bajo costo. Por otra parte, tanto el proceso de adquisición como el posterior procesamiento de los datos relevados implica desarrollar un soporte informático que permita construir un mapa lumínico de las calles de una ciudad en un corto período de tiempo y posibilite optimizar la gestión y explotación del alumbrado público al facilitar la planificación de las operaciones de mantenimiento durante el ciclo de vida de las mismas y prever a su vez métodos fiables de evaluación, control y seguimiento a organismos gubernamentales, entes reguladores, municipios, empresas concesionarias, etc, como así también evaluar nuevos aspectos como el impacto ambiental y la polución lumínica.

DETERMINATION OF THE MEAN ILLUMINANCE AND DEPRECIATION OF URBAN LIGHTING INSTALLATIONS BY MEANS OF MOBILE REGISTRATION

DATA

Lighting management of cities requires appropriate means to control the magnitude of the lighting parameters throughout their evolution in rapid manner and with certain precision for the different types of traffic roads. The work describes a project in course whose objective consists of developing a mensuration and control methodology of the depreciation state in urban lighting installations evaluating a quality factor determined by the mean illuminance on the roadway. This implicates on one hand, the development of a portable instrument that allows to carry out mensurations from any type of vehicle, normally an automobile, in continuous and automatic manner and low cost. On the other hand, so much the acquisition process like the posterior prosecution of the raised data implicates develop a computer support that allows to construct a light map of the streets of a city in a short period of time and allows to improve the administration and exploitation of public lighting, facilitating the planning of the maintenance operations during their life-cycle and at the same time foresee reliable methods to evaluate control and pursuit governmental organisms, regulating entities, municipalities, utilities, concessionary companies, etc, like so also evaluate new aspects like environmental impact and light pollution.

DETERMINAÇÃO DA ILUMINÂNCIA MÉDIA E DEPRECIAÇÃO DE INSTALAÇOES DE ILUMINAÇÃO URBANA POR MEIO DE REGISTRO MÓVIL

DE DADOS A gestão da iluminação de cidades precisa de meios para controlar a magnitude dos valores dos parâmetros lumino-técnicos e sua evolução no tempo em forma rápida e com certo grau de precisão para as diferentes vias de trânsito de uma cidade. O trabalho descreve um projeto em curso, seu intuito é desenvolver uma metodologia de medição e controle do estado de depreciação das instalaçoes de iluminação urbana, avaliando um fator de qualidade determinado pela iluminância média em cima da calçada. Isto implica por uma parte, o desenvolvimento de um instrumento transportável que permita fazer mediçoes desde qualquer tipo de veículo, geralmente um carro, de modo contínuo, automático e com baixo custo. Por outra parte, tanto o processo de aquisição como o posterior processamento dos dados, implica desenvolver um suporte informático que permita construir um mapa lumínico das ruas de uma cidade num certo periodo de tempo e possibilite melhorar a gestão e exploração da iluminação pública ao facilitar a planificação das operaçoes de manutenção durante a vida útil das mesmas e prever ao mesmo tempo métodos confiaveis de avaliação, controle e seguimento a órgãos governamentais, entes reguladores, municípios, empresas concessionárias, etc. como também avaliar o impacto ambiental e a polução lumínica.

Indice

Capítulo 1 – Introducción

1.1 Marco de trabajo de la tesis 1.2 La problemática analizada 1.3 Hipótesis 1.5 Metodología 1.6 Antecedentes y estado del arte 1.7 Contenido de los capítulos Capítulo 2 – Evaluación de la depreciación de instalaciones de alumbrado urbano

2.1 Formas administrativas de prestación del servicio 2.1.1 Entidades municipales 2.1.2 Entidades privadas 2.1.3 Contrato parcial 2.2 Políticas de mantenimiento 2.2.1 Mantenimiento correctivo 2.2.2 Mantenimiento preventivo 2.3 Evaluación del estado de funcionamiento de las instalaciones 2.4 Factor de mantenimiento 2.4.1 Factor de mantenimiento de las lámparas – LLO 2.4.2 Factor de supervivencia de las lámparas – LSF 2.4.3 Factor de mantenimiento del tipo de luminaria – LOR 2.5 Medición del factor de mantenimiento 2.6 Uniformidad 2.6.1 Coeficiente de uniformidad G1 2.6.2 Coeficiente de uniformidad G2 2.7 Conclusiones del capítulo Capítulo 3 – Metodología de medición

3.1 Características funcionales del alumbrado público 3.1.1 Tipos de alumbrado público. Clasificación 3.1.2 Suministro Eléctrico 3.1.3 Tareas de mantenimiento 3.2 Características de la medición 3.3 Diseño de la aplicación 3.3.1 Elección del sistema sensor de la distancia recorrida por el móvil 3.3.1.1 Sistemas de medición propios del automóvil 3.3.1.2 Sistemas de medición externos 3.3.2 Diseño del equipo de medición. Características generales 3.3.3 Diseño del sistema de adquisición de datos en tiempo real 3.4 Fundamentos de la medición 3.4.1 Análisis de la señal analógica 3.4.2 Análisis de la señal digital 3.4.3 Muestreo de la señal 3.4.4 Análisis del Nº de adquisiciones 3.4.5 Análisis del duty cycle o ciclo de trabajo 3.5 Influencia de la variación del radio en la medición 3.5.1 Influencia de la variación del radio en la frecuencia de muestreo 3.5.2 Influencia de la variación del radio en la indicación de la distancia 3.5.3 Influencia de la variación del radio en el duty cycle o ciclo de trabajo 3.6 Conclusiones del capítulo

Indice

Capítulo 4 – Diseño del equipo de medición

4.1 Sistema de adquisición de datos 4.1.1 Data loggers 4.1.2 Sistemas DAQ basados en PC 4.1.3 Sistemas DAQ portátiles – PcCards 4.2 Elementos que componen un sistema DAQ 4.2.1 Transductores 4.2.1.1 Señales analógicas 4.2.1.2 Señales digitales 4.2.2 Acondicionamiento de señales 4.2.3 DAQ hardware 4.2.4 Driver software y software de aplicación 4.3 Componentes. Criterios de selección y especificaciones técnicas 4.3.1 Odómetro digital 4.3.2 Luxímetro 4.3.3 Daq hardware 4.3.4 Software 4.3.5 Interfaz de diseño gráfica 4.4.5.1 Diseño de pantalla de la aplicación “LuxMóviL” 4.3.5.2 Diseño de pantalla de la aplicación “LuxManuaL” 4.3.5.3 Planilla de cálculo Excel 4.4 Conclusiones del capítulo Capítulo 5 – Ensayos del equipo de medición

5.1 Errores en la medición 5.2 Pruebas y testeo del equipo 5.2.1 Ensayos en avenidas 5.2.2 Ensayos en calles 5.2.3 Observaciones 5.3 Ensayos del equipo de medición 5.4 Ensayo: Ancho de cinta reflectante – Límite velocidad de circulación 5.4.1 Ensayo de laboratorio 5.4.1.1 Diseño del ensayo 5.4.1.2 Procesamiento y análisis de resultados 5.4.2 Ensayo de campo 5.4.2.1 Diseño del ensayo 5.4.2.2 Procesamiento y análisis de resultados 5.5 Ajustes previos de los ensayos de campo 5.6 Ensayo: Velocidad de circulación variable – Influencia en la adquisición

y registro de datos 5.6.1 Diseño del ensayo 5.6.2 Procesamiento y análisis de resultados 5.7 Ensayo: Repetitividad en la medición de valores puntuales y valores medios 5.7.1 Diseño del ensayo 5.7.2 Procesamiento y análisis de resultados 5.8 Determinación de la tolerancia del error en la medición 5.9 Correlación con los datos establecidos por las normas sobre el nivel de la calzada 5.10 Conclusiones del capítulo

Indice

Capítulo 6 – Mediciones de campo y procesamiento de la información

6.1 Procesamiento informático de datos 6.1.1 Registros históricos 6.1.2 Monitoreo y actualización de la base de datos 6.2 Evaluación de la depreciación mediante el factor FM 6.2.1 Valor inicial de una instalación 6.2.2 Determinación de los valores iniciales mediante software de cálculo 6.3 Mediciones de campo, procesamiento y presentación 6.3.1 Validación de los parámetros establecidos en la etapa de diseño 6.3.2 Monitoreo de una instalación – Factor de mantenimiento 6.3.3 Detección de una luminaria fuera de servicio 6.3.4 Reconversión de una instalación – Factor de ganancia 6.3.5 Mapa lumínico 6.4 Otras aplicaciones 6.4.1 Arboleda 6.4.2 Alumbrado comercial 6.4.3 Plazas 6.4.4 Parques 6.4.5 Intersección de avenidas 6.4.6 Rotondas 6.5 Futuras aplicaciones 6.5.1 Puentes interprovinciales o internacionales 6.5.2 Autopistas 6.5.3 Instalaciones deportivas

Capítulo 7 – Conclusiones 7.1 Conclusiones generales 7.2 Metodología de medición 7.3 Equipo de medición 7.4 Procesamiento de la información 7.4.1 Validación de los parámetros de diseño 7.4.2 Monitoreo de instalaciones 7.5 Perspectivas futuras Bibliografía Anexos

I. Definiciones y magnitudes luminotécnicas II. Geometrías de instalación y parámetros de interés el alumbrado vial III. Especificaciones técnicas de componentes IV. Normas de alumbrado público V. Mapas lumínicos VI. Innovación tecnológica

Agradecimientos Prof. Dra. Elisa Colombo. Directora del Dpto. de Luminotecnia, Luz y Visión – UNT quiero destacar su permanente colaboración, no solo por la gestión de mis becas sino también por su apoyo y motivación constante para que este proyecto se materialice. Prof. Dr. Carlos Kirschbaum. Director Académico de la Escuela de Postgrado en Luz y Visión - UNT agradezco su intervención, la cual permitió la disponibilidad de los soportes tecnológicos necesarios para el desarrollo de la tesis. Dr. Ing. Eduardo R. Manzano. Director de tesis: por depositar su confianza en la realización de este proyecto, guiándome en mis tareas de investigación y sobre todo, por su presencia en los trabajos relacionados a las mediciones de campo.

Miembros de la Comisión de Supervisión; Ing. Carlos Boquete e Ing. Mag. Mario Raitelli quienes supervisaron y aportaron sus opiniones en las distintas etapas del proyecto.

Integrantes del Dpto. Luminotecnia, Luz y Visión; profesores; investigadores; compañeros becarios; Darío Jaen y Mariano Forales.

Ing. Rodolfo A. Hurtado Jefe del Laboratorio de Instrumentación Industrial UNT – Facet; por permitir compartir un ambiente de trabajo profesional y un grupo humano cordial durante largos meses de trabajo. Ing. Esp.René Vilte del Laboratorio de Instrumentación Industrial UNT – Facet; mi mas sincero agradecimiento y respeto a quien guiara mis pasos en la etapa de programación G – Labview. Dirección General de Alumbrado Público Municipalidad del Gobierno Autónomo de la ciudad de Buenos Aires por su colaboración en la planificación y ejecución de las primeras pruebas y testeos del equipo de medición, efectuadas sobre distintas vías de tránsito de Capital Federal. Dirección General de Alumbrado Público de la Municipalidad de la ciudad de Rosario, Ing. Fernando Deco su amable atención durante las 9 Jornadas de Luminotecnia – Luz 2004.

A mi hermana: Cecilia

a mis sobrinos: Gonzalo, Leandro y Florencia

a mi padre: Héctor

y con mucho cariño para mi madre Dora

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Introducción Capítulo 1

1.1 Marco de trabajo de la tesis

1.2 La problemática analizada

1.3 Hipótesis

1.4 Objetivos

1.5 Metodología

1.6 Antecedentes y estado del arte

1.7 Contenido de los capítulos

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1.1. Marco del trabajo de la tesis Las instalaciones de alumbrado urbano reciben un importante suministro de energía eléctrica para su funcionamiento y generan un beneficio que se transforma en seguridad, ambientación, confort y bienestar general. El efecto que produce la alteración en la calidad del suministro de energía, el tiempo, la polución, etc., altera las condiciones de funcionamiento depreciando la instalación. El planteamiento del alumbrado no se basa únicamente en la puesta en servicio. Su concepción debe basarse en consideraciones que incluyan todo su ciclo de vida, lo cual involucra aspectos relacionados a la operación; gestión; mantenimiento; consumo; eliminación; etc. Todos los aspectos de la explotación posterior del servicio pueden verse favorecidos o perjudicados en función de los planteamientos del proyecto constructivo, ya que medidas que en la fase inicial pueden resultar económicas y factibles, pueden ser muy costosas o de difícil factibilidad en fases posteriores. El incesante desarrollo urbano de las ciudades como consecuencia del incremento poblacional y su alta concentración, demanda exigencias cada vez mayores a los responsables de la Gestión y Explotación del alumbrado público, puesto que no solo debe atender las necesidades de expansión de las instalaciones, sino también debe implementar las políticas de mantenimiento necesarias que garanticen su normal funcionamiento. En el alumbrado urbano, gestionado por entidades públicas y sometido a condiciones de servicio, esta problemática puede ser especialmente grave. Cuando el servicio es concesionado a empresas del sector privado, los organismos de control pertinentes precisan herramientas confiables para evaluar el desempeño de las mismas y asegurar el cumplimiento de las pautas establecidas en los contratos. El empleo de dispositivos de medición y procesamiento de datos, permitirían evaluar la situación actual con el fin de controlar la gestión de empresas contratadas o planificar estrategias de mantenimiento y reconversión de instalaciones.

1.2 La problemática analizada Dentro de los aspectos específicos de una instalación de alumbrado urbano, una de las principales problemáticas que enfrenta reside en su característica de exposición constante al medio ambiente que determina una perdida de eficacia a través del tiempo por causa de la polución ambiental. Las referidas a su funcionamiento, toman en cuenta el envejecimiento propio de los materiales y las fallas aleatorias de sus componentes. Si a esta problemática se suma la falta de mantenimiento, se obtiene como consecuencia un efecto contraproducente sobre la seguridad y la imagen de una ciudad, se corre el riesgo además de un aumento de la tasa accidentes nocturnos y se incurre en costos energéticos indirectos adicionales. Interesa por lo tanto mantener la calidad del servicio del alumbrado a niveles económicos y técnicamente aceptables. Un aspecto de la calidad del servicio exige la conservación de las condiciones adecuadas de alumbrado de acuerdo a la exigencia visual del usuario. A este respecto valores mínimos mantenidos son recomendados en CIE 115 e IRAM AADL J2022-2 (Anexo IV) según la clasificación de tipos de calles establecidas. Los costes de explotación están determinados por los objetivos de calidad de servicio previamente establecidos, en tanto garanticen el buen funcionamiento de las instalaciones. Una calidad de servicio mayor implica un mayor coste de mantenimiento,

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pero una mala calidad de servicio no implica en ningún caso un coste global menor, ya que repercute en la disminución de vida de las instalaciones, aumenta el número y el coste de las averías. La gestión del alumbrado de ciudades requiere disponer de medios para controlar la magnitud de los valores de los parámetros luminotécnicos indicados por las normas vigentes y su evolución en el tiempo en forma rápida y precisa para las distintas vías de transito de una ciudad. Las técnicas de medición actuales por medio de registros manuales sobre una cuadrícula limitan la aplicación a una muestra representativa, lo cual involucra una ardua tarea y exige la interrupción del tráfico vehicular. Técnicas más modernas basadas en el uso de cámaras CCD están en proceso de desarrollo, aunque su aplicación está limitada actualmente por la sensibilidad necesaria y los altos costes involucrados. [1] Una alternativa más viable es la utilización de luxímetros móviles. Esto implica el desarrollo de un instrumento portátil que permita realizar mediciones desde cualquier tipo de vehículo, normalmente un automóvil, de modo continuo y automático, conjuntamente con una herramienta informática que posibilite el posterior procesamiento informático de los datos almacenados. El volumen de la información a tratar es importante, y crece en proporción al tamaño del municipio y a los requerimientos de calidad en el nivel de servicio. Tal volumen de información hace imprescindible el tratamiento informático de los datos. Es necesaria una información convenientemente estructurada, fiable y de fácil acceso para gestionar todas las funciones implicadas en el mantenimiento. El sistema de medición portátil propuesto permitirá construir un mapa lumínico de las calles de una ciudad en un corto período de tiempo. La reiteración en el tiempo de las mediciones permitirá además determinar un factor de calidad que evalúe el grado de depreciación de las instalaciones relevadas. Se espera de esta forma proveer un método fiable de evaluación, control y seguimiento para organismos gubernamentales, entes reguladores, municipios, empresas concesionarias, etc. que permita optimizar la gestión y la explotación, permitiendo a su vez planificar las operaciones de mantenimiento.

1.3 Hipótesis Las hipótesis planteadas por la presente tesis son: � Especificación y medición de un Factor de Mantenimiento que determine el grado de

depreciación de una instalación de alumbrado público. Se espera que este factor contribuya en la planificación de operaciones de mantenimiento y permita determinar la necesidad de la aplicación de tareas de sustitución de componentes o reconversión de instalaciones.

� Estudiar la posible correlación de los datos obtenidos durante las mediciones

continuas de iluminancia sobre un plano de medición ubicado a una altura de 1.5 m, respecto a los valores mínimos mantenidos recomendados en las normas CIE 136 e IRAM AADL J2022-2 sobre el nivel de la calzada.

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1.4 Metodología Con el fin alcanzar los propósitos planteados por las hipótesis, se proponen los siguientes pasos: � Diseño de un instrumento para la medición y registro de los niveles de iluminancia

existentes en todo tipo de instalación de alumbrado público � Elección del principio de funcionamiento y selección de componentes � Implementación de una metodología de medición y control del estado de depreciación

de instalaciones de alumbrado vial � Determinación de los factores de mérito en la medición y performance del equipo

diseñado, mediante ensayos de laboratorio y pruebas de campo � Evaluación del estado de depreciación en instalaciones típicas. Mediciones de campo

y procesamiento informático de los datos relevados � Posibles aplicaciones del sistema de medición en otros tipos de alumbrado público (instalaciones deportivas, playas de estacionamiento, parques, etc.) Una de las características principales que determina el diseño de la aplicación es la ubicación de una célula fotoeléctrica sobre el techo del automóvil. Esto implica condiciones de riesgo para el instrumento como así también inconvenientes de accesibilidad. Existen en el mercado algunos modelos que permiten la realización de mediciones en lugares de difícil acceso. Estos modelos utilizan mini-receptores conectados al cuerpo del luxímetro mediante un cable de conexión de solo 1 metro de longitud. Ciertas aplicaciones, como la medición de iluminancia bajo el agua, disponen de cables cuyas longitudes corresponden a 5 y 10 metros. Se efectuará una búsqueda entre los productos que ofrece el mercado que permita satisfacer las necesidades que plantea la aplicación. Por otra parte, es necesario disponer de un sistema sensor para la indicación de la distancia recorrida por el móvil, dicho valor debe ser almacenado en correspondencia al valor de iluminancia adquirido. Se estudiará distintos principios de medición y criterios de selección de componentes que se adapten a las necesidades del caso. Se espera diseñar un instrumento que sea capaz de reemplazar a los actuales métodos de registro y que permita a su vez extender sus facultades a otras aplicaciones.

1.5 Antecedentes y estado del arte Hasta el presente se dispone de antecedentes de tres importantes grupos de trabajo, los cuales realizaron aportes o experiencias en sistemas de medición fotométricas para instalaciones de alumbrado vial. En esta sección se describen brevemente sus metodologías y resultados. 1.5.1 Título: “Racionalización del uso de la energía en el alumbrado público”

Autores: Raúl García Diez - Dr. Juan Luis González Vizmanos Lugar: Grupo de Investigación en Fotometría e Iluminación

Departamento de Óptica y Física Aplicada Facultad de Ciencias. Universidad de Valladolid España - 1998

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El Departamento de Óptica y Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Valladolid ha desarrollado un sistema móvil de medición y adquisición de datos fotométricos para la medición de iluminancia asociada a instalaciones de alumbrado público. El proyecto fue financiado en su totalidad por la empresa Iberdrola, compañía eléctrica con presencia en España e Iberoamérica. Las características de diseño y procesamiento de los datos adquiridos están orientados hacia la racionalización del uso de la energía en el alumbrado público. [2] a) Los temas de investigación abordados son: � Evaluación del rendimiento energético asociado a una calle. Comparación de

rendimientos energéticos entre distintas calles � Identificación de luminarias con menor rendimiento para la adopción de criterios de

reposición de los equipos instalados � Gasto luminoso asociado a una calle (Nº de watt necesarios por m2 para obtener la E

medida en la calle) Obtenida la distribución de la iluminancia a partir de las mediciones experimentales se crea un modelo físico para determinar la distribución de la intensidad de cada lámpara, de tal forma, que permite analizar el rendimiento energético asociado a una calle y establecer comparaciones de rendimientos energéticos entre distintas calles. b) Aspectos técnicos La construcción de la parte electrónica del equipo fue encargada a la empresa Sifisa, la cual dispuso la construcción de un sistema de adquisición de datos mediante un equipo data logger capaz de registrar los valores correspondientes de dos fotocélulas ubicadas en el techo de un automóvil. Por otra parte el equipo recibe la señal de un sensor fotoeléctrico que detecta el paso de una cinta reflectante dispuesta sobre la rueda del mismo; a los fines de registrar la distancia recorrida por el móvil.

Sensores:

� 2 fotodiodos silicio marca Hamamatsu S7160-01 � Amplificadores transresistencia para fotodiodos � Fotoeléctrico tipo reflex Sistema de adquisición de datos:

� Data Logger � Microcomputador � Conversor A/D 12 bits � Salida RS-232C � Contador de impulsos para el registro de avance � Alimentación 12 Vcc Los informes del proyecto detallan los procesos de calibración de las señales de salida de los fotodiodos tomando como referencia un luxímetro patrón. La calibración del ángulo de incidencia se realizó en forma manual, situando sobre los bordes inferiores del difusor una capa de material opaco. Las dimensiones de esta capa fueron determinadas mediante método de ensayo-error, tomando como referencia el luxímetro patrón. Finalmente se ensayaron las rectas de calibrado para ángulos típicos de medida de campo.

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c) Observaciones Este proyecto fue iniciado en el año 1998 con la tecnología disponible en el momento de su realización. Actualmente los productos ofrecidos en el mercado ofrecen ventajas que permiten fijar otros principios de medición y modos de comunicación, como así también, lograr procedimientos de calibración mucho más precisos.

1.5.2 Título: “Mapeo de la Iluminancia de Rouen y sus Calles Suburbanas”

Autores: A.Bacelar – M. Hamard Lugar: Centro D’Etudes Techniques de l’Equipement - Francia – 2001

a) Los temas de investigación abordados son: Con el propósito de obtener una caracterización fotométrica detallada de calles urbanas de la ciudad de Rouen, Francia, el Centro D’Etudes Techniques de l’Equipement implementó un equipo de medición sobre un vehículo que permite la medición continua de la iluminancia en cada calle a lo largo de su eje longitudinal. Con el objetivo de obtener una caracterización fotométrica exhaustiva se implementó la medición de la iluminancia en 46 calles de la ciudad. Los datos experimentales obtenidos han sido utilizados para el cálculo de la iluminancia media y la uniformidad longitudinal de las calles evaluadas. Este estudio demostró diferencias entre la clasificación basada en las funciones del tráfico, la actividad de las calles locales y la clasificación estrictamente fotométrica. [3] b) Aspectos técnicos Fue infructuosa la búsqueda de las características constructivas del equipo de medición y la metodología empleada.

1.5.3 Título: “Sistema portátil para realizar mediciones fotométricas basado en instrumentación virtual”

Autores: Ing. Miguel Ereu – Ing. Marco J. Gómez. Lugar: Laboratorio de Luminotecnia de la C.A. La Electricidad de Caracas, Venezuela.

a) Los temas de investigación abordados son: La implementación de la nueva “Ley de Servicio Eléctrico” en Venezuela, establece que ante fallas o funcionamiento inadecuado del servicio, los usuarios y/o clientes, podrán recibir compensaciones o retribuciones por los perjuicios ocasionados. Esta situación ha generado en las empresas prestadoras del servicio, una serie de cambios en lo que a estándares y requerimientos se refiere. El Laboratorio de Luminotecnia de la C.A. La Electricidad de Caracas – AES, ha desarrollado un sistema capaz de realizar mediciones de diferentes parámetros fotométricos y elaborar en tiempo real las curvas fotométricas características de las luminarias. [4] El sistema de control diseñado para la automatización de las pruebas fotométricas consta básicamente de cuatro módulos:

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� Módulo para el Monitoreo de las Pruebas de Campo � Módulo para el Monitoreo de las Curvas Fotométricas � Sistema Móvil de Iluminación � Módulo para el Diseño de Alumbrado Público Estos módulos tienen como punto común el sistema FieldPoint para adquisición de datos y software desarrollado bajo ambiente VisualBasic. b) Aspectos técnicos El Sistema Móvil de Iluminación esta encargado de monitorear y controlar todo lo referente a la medición de iluminancia y niveles de iluminación emitidos por las luminarias en la vía pública. El sistema puede dividirse en tres bloques: El primer bloque lo constituye el equipo de medición Luxímetro Digital Yokogawa Modelo 51002, con salida puerto serie. El segundo bloque comprende un microprocesador de la familia PIC 16F84 que gobierna la adquisición de datos proveniente del luxímetro y envía los resultados de las mediciones hacia una PC portátil. Este bloque se complementa a su vez con un display LCD que reproduce la indicación existente en el display del luxímetro. El tercer bloque comprende el software de aplicación basado en instrumentación virtual el cual permite el procesamiento de los datos recibidos y constituye a su vez la interfaz hombre / máquina del equipo de medición.

c) Observaciones

El muestreo de la señal se realiza a través de una base de tiempo fija, por lo cual es necesario ingresar previamente el valor correspondiente a la distancia a ser recorrida durante la prueba. En estas condiciones la velocidad de circulación del móvil encuentra una limitación muy importante: la velocidad de circulación debe ser constante durante el desarrollo de la prueba. Al cabo de cada medición el operador dispone de un botón de comando para validar o invalidar las mediciones efectuadas. Las condiciones de circulación de un móvil que se desplaza por las vías de tránsito de una ciudad están determinadas por la presencia de semáforos, cruces peatonales, etc. El diseño de este equipo no considera la medición en forma continua de los niveles de iluminancia, sino que se circunscribe a la evaluación de sistemas de alumbrado por tramos en los cuales sea posible establecer una velocidad de circulación constante. Para la evaluación de tramos extensos probablemente se requiera la ayuda de personal de apoyo e incluso determine la interrupción del tráfico vehicular en forma momentánea, puesto que las mediciones deben ser realizadas bajo condiciones de circulación que permitan establecer al móvil una marcha constante. La necesidad de sincronismo en la comunicación serie es fundamental. Es el proceso más complicado y engorroso que ejecuta el equipo de medición debido a la necesidad de sincronizarse con la data suministrada por el luxímetro. La sincronía con el luxímetro se logra mediante un adecuado manejo de una señal de reloj proveniente de dicho dispositivo. El diseño de presentación establece el comando del equipo a través de dos pantallas de interfaz con el usuario. Su operación requiere conocimientos técnicos especializados, pues es necesario introducir los parámetros de muestreo en relación con la velocidad promedio de circulación establecida durante la prueba, como así también los parámetros referidos a la instalación evaluada (geometría de instalación, lámpara, luminaria, tipo de calzada, etc.).

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1.7 Contenido de los capítulos La tesis comprende siete capítulos, el primero de los cuales corresponde a esta introducción, y seis anexos. En el capítulo 2, se describen las formas administrativas de la prestación del servicio de alumbrado público y las políticas implementadas para llevar a cabo el mantenimiento respectivo de las instalaciones. Finalmente se propone una nueva metodología basada en la “Evaluación de la Depreciación” sufrida a lo largo del tiempo utilizando como factor indicativo el “Factor de Mantenimiento” FM. En el capítulo 3, se describen las características principales de la metodología de medición propuesta. El estudio del comportamiento de las señales que intervienen en la aplicación permite fijar los principios de medición y transducción. La técnica de “ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo” asegura la adaptabilidad del sistema a las condiciones de circulación vehicular reinantes en las distintas vías de tránsito de un municipio o ciudad, permitiendo el registro de datos en forma continua, automática y dinámica a través de distintas velocidades de circulación. En el capítulo 4, se detalla la selección de componentes que conforman el sistema diseñado de adquisición de datos en tiempo real. El software de programación Labview permite transformar los componentes de hardware en un sistema integral de adquisición, procesamiento, almacenamiento y presentación de resultados en una pantalla de interfaz gráfica que posibilita la operación del equipo a través de comandos e indicadores de sencilla interpretación. En el capítulo 5, se describen los ensayos de laboratorio y campo conducentes a la determinación de los factores de mérito del equipo de medición diseñado. Las pruebas de testeo y mediciones de campo realizadas en la provincia de Buenos Aires y Tucumán permitieron perfeccionar aspectos relacionados al diseño, programación y montaje. En el capítulo 6, se describe el procesamiento informático de datos y la conformación de las bases de datos que registran las operaciones de mantenimiento efectuadas sobre una instalación. El equipo de medición se consolida como una nueva herramienta de validación de los parámetros de diseño en instalaciones nuevas, y actúa como herramienta de monitoreo sobre instalaciones existentes. La representación de los datos adquiridos puede realizarse a través de curvas o mapas lumínicos que facilitan la interpretación de la información almacenada. En el capítulo 7, se resumen las conclusiones generales y particulares que se desprenden de la aplicación de la metodología propuesta y se plantean posibles líneas de futuras investigaciones y aplicaciones. En el anexo I, se describen las magnitudes y parámetros luminotécnicos que se utilizan en el presente trabajo. En el anexo II, se detallan los parámetros de referencia utilizados en el diseño de instalaciones de alumbrado vial. En el anexo III, se detallan las especificaciones técnicas de los principales componentes del equipo de medición diseñado.

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En el anexo IV, se citan las normas de alumbrado público vigentes en Argentina, Europa, Norteamérica y Brasil. En el anexo V, se muestra el compendio de mapas lumínicos referidos a las zonas evaluadas. En el anexo VI, se mencionan las últimas novedades que imprime la constante innovación tecnológica. Finalmente, la Bibliografía cita los trabajos y autores que sirvieron de referencia para la confección de la presente tesis.

Evaluación de la depreciación Capítulo 2

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2.1 Formas administrativas de prestación del servicio

2.1.1 Entidades municipales

2.1.2 Entidades privadas

2.1.3 Contrato parcial

2.2 Políticas de mantenimiento

2.2.1 Mantenimiento correctivo

2.2.2 Mantenimiento preventivo

2.3 Evaluación del estado de funcionamiento de las instalaciones

2.4 Factor de mantenimiento

2.4.1 Factor de mantenimiento de las lámparas – LLO

2.4.2 Factor de supervivencia de las lámparas – LSF

2.4.3 Factor de mantenimiento del tipo de luminaria – LOR

2.5 Medición del factor de mantenimiento

2.6 Uniformidad

2.6.1 Coeficiente de uniformidad G1


2.7 Conclusiones del capítulo

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Evaluación de la Depreciación Capítulo 2

2.1 Formas administrativas de prestación del servicio

Desde el punto de vista constitucional la prestación de servicios públicos, entre los cuales se incluye el alumbrado público, es competencia de los municipios. Las formas administrativas pueden ser de tres tipos:

2.1.1 Entidades municipales

En este caso el municipio asume con medios propios la responsabilidad del mantenimiento y mejora del servicio de alumbrado público. Muchos municipios encuentran dificultades para atender el servicio en forma eficiente debido a la falta de recursos y su fuerte vinculación con los factores de decisión política. La falta de exigencia de la propia administración, el abandono en la formación y equipamiento del personal, dificultad en el cobro de sueldos, etc.; se reflejan en la perdida de motivación e instinto de mejora continua en todos los niveles. La gestión debe realizarse con criterios de rigurosidad y eficacia y, por tanto, la toma de decisiones debe encargarse a las personas más capaces en cada caso, o para cada tarea en particular.

2.1.2 Entidades privadas La contratación de una empresa privada para la prestación del servicio de gestión y explotación de alumbrado público es adjudicada generalmente a través de un proceso de licitación. La calidad del servicio queda preestablecida en los contratos y se basa generalmente en mantener la tasa de averías por encima de un valor predeterminado y en tiempos mínimos de reparación por punto de luz. El gobierno municipal, a través de la Dirección de Alumbrado Publico, se reserva el rol de organismo de control mediante la implementación de inspecciones regulares y su servicio de atención al cliente por vía telefónica o Internet, a través del cual recibe los reclamos de los vecinos. Implementar esta forma de prestación el servicio puede resultar mas caro por cuanto la compañía contratista buscará, lógicamente, obtener los máximos beneficios en su actividad. Sin embargo, la permanente competitividad en el mercado de las empresas de servicio y el riesgo de incumplimiento del contrato, facilitan el mantenimiento de la motivación e inversión necesaria para la manutención del sistema en condiciones óptimas de operatividad.

2.1.3 Contrato parcial La contratación parcial de algunos servicios concretos puede ayudar a optimizar la gestión, puesto que sólo se contratan cuando son necesarios y no producen gastos mientras no actúan. Puede ser una buena forma de conseguir resultados satisfactorios en momentos de puntas de trabajo muy especializados.


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2.2 Políticas de mantenimiento

La administración del mantenimiento incluye el establecimiento de la política y los procedimientos para mantener un programa en marcha. Las políticas de mantenimiento aplicadas con mayor frecuencia son:

2.2.1 Mantenimiento correctivo: (reparación de fallos del punto de luz, cuadro de mando,

averías eléctricas y mecánicas)

Las operaciones correctivas surgen como respuesta a un conjunto de fallas que por su naturaleza inciden en forma parcial o total sobre las prestaciones de una instalación. Este tipo de averías no contempla ninguna espera para su reparación y por lo tanto requieren solución inmediata.

2.2.2 Mantenimiento preventivo: (sustitución masiva de lámparas y limpieza de luminarias) La conservación preventiva contempla la sustitución de todos aquellos elementos que se encuentran a punto de superar su vida útil, a fin de impedir continuas substituciones puntuales que aminoran la calidad y encarecen el servicio. A esta forma operativa se la denomina “sustitución masiva de componentes”. Este tipo de reposición en grupo es indispensable para el caso de las lámparas de sodio ya que al extenderse su uso mas allá de la vida útil especificada, las condiciones de trabajo del conjunto de componentes cambian, afectando directamente el funcionamiento del equipo y principalmente del dispositivo de encendido (arrancador o ignitor) el cual indefectiblemente acaba quemándose. La periodicidad para el cambio de lámparas esta marcada por el tiempo de vida de la lámpara. Generalmente los periodos de cambio de lámparas oscilan entre los 2.5 y los 4 años entre cambios sucesivos. La periodicidad de las operaciones de limpieza de luminarias está en función del tipo de atmósfera a la que están sometidas y al tipo de luminarias (abiertas o cerradas). Generalmente se efectúan dos limpiezas por cada cambio programado de lámparas. Es conveniente desde el punto de vista económico hacer coincidir una limpieza de luminarias con cada cambio de lámparas para de esta forma reducir el coste de la operación. La selección y frecuencia tanto de la política de mantenimiento como del tipo de actuación se determina compatibilizando los recursos económicos con los tipos de instalaciones y estado de las mismas. Las ventajas que ofrece el mantenimiento preventivo en la explotación del alumbrado público son evidentes, tanto desde el punto de vista económico como operativo. Sin embargo, no se debe optar por una sola política en concreto. Es decir, se optará por distintas políticas, aplicando todas ellas en diferentes proporciones, tendiendo siempre a obtener los mejores resultados técnico-económicos posibles. La reducción del número de averías no elimina la posible aparición de estas, con lo cual, el mantenimiento preventivo deberá coexistir siempre con el mantenimiento correctivo.

2.3 Evaluación del estado de funcionamiento de las instalaciones

Se distinguen dos factores capaces de describir el estado de funcionamiento de una instalación de alumbrado:

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a) porcentaje de averías permanente, es decir el número de puntos de luz

factible de encontrar fuera de servicio. Este factor se utiliza como indicador de la calidad del servicio en los contratos de concesión.

b) depreciación de las instalaciones, es decir la perdida de eficacia por

envejecimiento y suciedad La acción del tiempo determina una perdida de eficacia por causa de la polución ambiental, el envejecimiento propio de los materiales o la falla aleatoria de alguno de sus componentes. La depreciación lumínica es un parámetro de gran importancia en la explotación de las instalaciones de alumbrado. Su estimación se realiza mediante la utilización del Factor de Mantenimiento, el cual considera la reducción gradual de las condiciones de iluminación existentes en una instalación por efecto de la depreciación de los componentes que conforman sistema.

2.4 Factor de mantenimiento

Es una medida del grado de depreciación que una instalación de alumbrado público sufre a lo largo del tiempo. Su empleo significa sobredimensionar la instalación de alumbrado para contrarrestar las reducciones graduales de las condiciones de iluminación con la depreciación de los componentes del sistema por envejecimiento, suciedad, etc. Cuanto más bajo sea este factor, significa que se realizará un mantenimiento escaso o que las condiciones ambientales son muy adversas. Por otra parte un factor de mantenimiento muy elevado podría darse a costa de un elevado coste de mantenimiento. [5] El valor de FM considera el tipo de lámpara, luminaria y políticas de mantenimiento, por lo tanto, dependerá de los períodos de limpieza y mantenimiento que se aplicarán sobre la instalación a lo largo de su vida útil, a los fines de compensar inicialmente la reducción gradual por depreciación. El Factor de Mantenimiento correspondiente a una instalación es siempre igual o menor que 1 y debe ser calculado considerando todos los factores que deprecian la instalación:

FM = LLO . LSF . LOR . ( SMF ) 2.4 - 1

LLO: factor de mantenimiento de la lámpara (lamp lumen output)

LSF: factor de supervivencia de la lámpara (lamp survival factor) LOR: factor de mantenimiento de la luminaria (luminaire output ratio)

(también llamado LMF, luminaire maintenence factor)

SMF: factor de mantenimiento de superficies en caso de existir reflexión de las mismas hacia el plano de interés.

Se especifican los siguientes factores de mantenimiento:

2.4.1 Factor de mantenimiento de las lámparas - LLO

a) Factor de depreciación de lúmenes en las lámparas Este factor de mantenimiento tiene en cuenta que el flujo luminoso de todas las lámparas disminuye con el uso. Dependiendo del tipo de lámpara la reducción del flujo por depreciación puede ser estimada a partir de:


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� Sodio de baja presión: menor de 0.25% cada 1000 hs. de operación. � Sodio de alta presión: en el orden del 1% cada 1000 hs. � Mercurio (250 a 400 W): en el orden del 1.15% cada 1000 hs.

Los fabricantes de lámparas proveen datos de reducción de flujo luminoso para distintos tipos y potencias, obtenidos bajo condiciones de funcionamiento controladas (tensión de operación constante; ciclos de encendido y apagado fijos) y posición de funcionamiento definida. Sin embargo en la práctica, las condiciones reales de operación suelen desviarse de aquellas existentes en los laboratorios, introduciendo alteraciones en el funcionamiento y rendimiento de la lámpara. En lámparas de sodio, el efecto de la depreciación en el flujo es menor a medida que aumenta la potencia, tendencia que se manifiesta hasta los 250 W, valor a partir del cual este aumenta. [6]

b) Factor de Balasto

Las especificaciones suministradas por el fabricante para el flujo luminoso de una lámpara están determinadas bajo condiciones especiales de laboratorio (tensión de alimentación y temperatura constante, etc.), y utilizando un balasto de referencia para los ensayos. El balasto colocado en una instalación real difiere de este en un factor que afecta directamente el flujo de la lámpara.

El factor de ajuste se denomina factor de balasto, FB y puede variar de 0.85 ≤ FB ≤ 1.

2.4.2 Factor de supervivencia de las lámparas - LSF

Este factor de mantenimiento tiene en cuenta el porcentaje de fallos de las lámparas durante un número concreto de horas de funcionamiento. Sólo es aplicable cuando hay que realizar una sustitución en grupo. El 'Factor de supervivencia de las lámparas' se basa en las hipótesis relativas al ciclo de encendido, la tensión de encendido y al incremento de la tensión en la lámpara. [7] A medida que las lámparas de descarga envejecen, se produce un incremento en la tensión necesaria para lograr su encendido. El desgaste del material emisivo de los electrodos del tubo de descarga y los cambios en la composición o impurezas del gas en el tubo de descarga determinan una tensión de encendido cada vez más elevada, de tal forma que la lámpara no puede encender bajo condiciones normales de trabajo, alcanzando de esta forma, el fin de su vida útil. Otra causa de falla de las lámparas de descarga es el incremento de la tensión de la lámpara. La acumulación del material evaporado del electrodo produce un aumento en la presión y temperatura del gas en el tubo de descarga, oscureciendo las paredes internas del mismo. La frecuencia de los ciclos de encendido y apagado tienen una influencia significativa en la vida útil de las lámparas. Para la realización de los test de vida en lámparas de descarga de alumbrado público se utiliza un ciclo de encendido de 12 hs (11 horas encendidas y 1 hora apagada), asegurando que con ciclos mayores a 6 horas, la influencia en la vida es muy pequeña.

2.4.3 Factor de mantenimiento del tipo de luminaria - LOR

Este factor de mantenimiento tiene en cuenta la reducción de salida de luz provocada por la suciedad depositada sobre o dentro de una luminaria. La tasa a la que se deposita la suciedad depende de la construcción de la luminaria, y del grado de suciedad existente en el ambiente.

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Los materiales empleados en la construcción y en particular el cierre de la luminaria determinan el factor IP, que da una medida del grado de hermeticidad del artefacto. Los agentes meteorológicos influyen en función de su intensidad y variabilidad (lluvia, vientos, niebla, etc.), provocando distintos grados de polución ambiental. En una instalación, la vibración que se produce en el artefacto por acción del viento depende de las características constructivas de la columna, altura y saliente. Por otra parte el nivel de polución ambiental dependerá de la naturaleza y volumen del tráfico. Como vemos son diversos los aspectos que deben ser tenidos en cuenta en el momento de diseño de la instalación, adecuando las características técnicas de la instalación a los factores ambientales de su entorno para lograr de esta forma, extender el período de vida útil de sus componentes. [8]

2.5 Medición del factor de mantenimiento

La iluminancia provista inicialmente por una instalación de alumbrado se reduce gradualmente durante la vida de la instalación. Para describir este fenómeno se emplea el término Factor de Mantenimiento que se define como: “La relación de la iluminancia media sobre el plano de trabajo después de un cierto período de uso de la instalación respecto del valor medio de iluminancia o luminancia obtenida bajo las mismas condiciones cuando la instalación es nueva”. [9]

El Factor de Mantenimiento relaciona las condiciones actuales e iniciales de una instalación a través de la evaluación de un factor de calidad, que es la iluminancia en áreas de interés. Actualmente, el mercado ofrece una gran variedad de programas de cálculos luminotécnicos orientados al diseño vial. Todos ellos introducen como datos los parámetros referidos a; la geometría de la instalación, la rejilla de medición, fotometría de la luminaria y flujo nominal de lámpara, reflejando de esta manera las condiciones iniciales de la instalación. Es posible entonces, obtener una estimación de la depreciación si se relaciona cada valor de Emed medido directamente en campo, con el correspondiente Emed calculado mediante un programa de cálculo. En el diseño de instalaciones de alumbrado se emplea el concepto de iluminancia mínima mantenida Emm ó luminancia mínima mantenida Lmm, que corresponde al mínimo valor medio sobre el plano de interés que la instalación puede proveer, momento en que se debe proceder a efectuar el mantenimiento correspondiente. Emm es un valor

convenientemente establecido en recomendaciones CIE 136 (2000) de acuerdo a la exigencia visual y a características de la zona a iluminar. [10] Es pues necesario definir un nivel admisible para la depreciación y establecerlo como objetivo. Como referencia se toma el valor inicial del nivel lumínico en proyecto de la instalación, por debajo de un determinado porcentaje de este valor de proyecto se establece el valor mínimo admisible, y como objetivo conseguir que las instalaciones no decaigan por debajo de este valor (70 % a 80%).

Emed_ medida FM = Emed_ inicial

2.5 - 1


- 24 -

Se deberá contemplar aquellos casos donde el factor mantenimiento resulte mayor a la unidad; ejemplo: adición de nuevos puntos de luz en la instalación, modificación de los parámetros de diseño (altura de montaje, separación entre columnas, etc.). En estos casos, el resultado de la medición arroja un factor que evidencia el incremento o ganancia producida sobre los niveles de iluminación.

2.6 Uniformidad

La uniformidad de la iluminancia es un factor de calidad que describe la forma en que la luz se distribuye sobre el área de trabajo. El nivel de iluminancia sobre la superficie de una calzada determina el estado de adaptación del sistema visual del conductor lo cual influye sobre su sensibilidad a los contrastes necesarios para detectar obstáculos sobre la calzada. Sin embargo, no solo basta con lograr un buen valor de Emed, sino además, se debe asegurar un mínimo conveniente en cualquier punto sobre la calzada.

Existen dos factores que comprometen a la uniformidad:

� Errores en el criterio de diseño que relaciona la separación y la altura de montaje de las columnas

� Reemplazo del modelo de la luminaria con diferente pantalla de reflexión

La falta de uniformidad causa varios problemas:

� Niveles inadecuados de luz en ciertas áreas

� Patrones de luz-sombra sobre la calzada y las paredes. Esto genera una apariencia de baja calidad en el entorno, provocando distracción y disconfort visual sobre todo en la detección de detalles y obstáculos

� Deslumbramiento debido a la presencia de puntos brillantes de luz con un entorno oscuro. Este deslumbramiento puede proceder directamente de la luminaria o por reflexión sobre la calzada

El tipo de des-uniformidad que resulta en una secuencia repetida de bandas transversales claras y oscuras pueden ser en particular molestas para el conductor. El efecto, llamado “efecto cebra”, puede ser reducido, limitando la diferencia entre la iluminancia de las bandas sucesivas de claridad alta y baja. Ver figura 2.1.


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

G1 (Coeficiente de regularidad general): limita la diferencia entre el mínimo y el valor

medio especificando un mínimo entre la relación de estas dos magnitudes

G1 = Emed

Emin 2.6.1 - 1

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Figura 2.1: Uniformidad sobre la calzada


G2 (Coeficiente de regularidad longitudinal): Definida como la relación del valor mínimo al

máximo de las iluminancias de la calzada, tomadas sobre una línea paralela al eje de la misma.

Como criterios de calidad y evaluación de la uniformidad de la iluminación en la vía se

analiza el rendimiento visual en términos del coeficiente global de uniformidad G1 y la

comodidad visual mediante el coeficiente longitudinal de uniformidad G2.

La comodidad visual facilita la concentración del conductor y por lo tanto contribuye a disminuir la tasa de accidentes (en torno al 30%). Deliberadamente no se ha tenido en cuenta el factor de mantenimiento, ya que se supone incluido en el valor del nivel de iluminación, es decir, se ha supuesto un nivel de iluminación inicial un tanto por ciento mayor que el que se necesita, previendo una cierta depreciación.

G2 = Emin

Emax

2.6.2 - 2


- 26 -

2.7 Conclusiones del capítulo Cuando el mantenimiento de las instalaciones es concedido a una empresa privada, la calidad del servicio establecida en los contratos se basa generalmente en mantener la tasa de averías por encima de un valor predeterminado y en tiempos mínimos de reparación por punto de luz. La ciudad de Rosario (Provincia de Santa Fe - Argentina), efectúa 1100 cambios de lámparas por mes. Su política de gestión ha consolidado a lo largo de los años un modelo de gestión y explotación de gran eficiencia. El servicio de mantenimiento ha sido concedido a 3 empresas privadas COEMYC , MANTELECTRIC y VFM.

El gobierno municipal, a través de la Dirección General de Alumbrado Público, se reserva el rol de organismo de control mediante la implementación de inspecciones regulares y su servicio de atención al cliente por vía telefónica o Internet, a través del cual recibe los reclamos de los vecinos. La figura 2.2 muestra el modelo “Sistema de atención y de gestión de reclamos” –SIRAP implementado en dicha ciudad.

SISTEMA WEB

BASE DE DATOS

SERVER DE

MAPAS

Comunicación por internet

COEMYC

MANTELECTRIC

VFM

Reclamos de Vecinos

Base de Datos

•Administración

• Reportes

D.G. Alumbrado Público

RECLAMOS DE Inspección Municipal Inspección empresa Distritos

Comunicación por internet

Sistema de reclamos local

Línea Gratis 0-800

Figura 2.2: Sistema de reclamos Municipalidad de Rosario - SIRAP

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En este modelo, la Dirección General de Alumbrado Público de la municipalidad de Rosario asume el rol de organismo de control, e implementa un sistema de recepción de reclamos vía telefónica e internet. El sistema transfiere el reclamo en forma inmediata a la contratista respectiva para su debida reparación. “Reclamos en tiempo real” significa que los reclamos recibidos por teléfono (vecinos) ingresan directamente al sistema y por medio de internet son transferidos directamente a cada empresa sin acción del telefonista, es decir ingresan en “tiempo real”, y a partir de ese momento se cuenta el plazo de reparación. [11] La otra acción que permite actualizar el sistema es la información que procede de las planillas de inspección nocturna (de 19 a 1hs.) sus datos son ingresados al sistema durante la mañana (7 a 13 hs.) al igual que los provenientes de los distritos. Cuando el servicio es concesionado a empresas del sector privado, los organismos de control pertinentes precisan herramientas confiables para evaluar el desempeño de las mismas y asegurar el cumplimiento de las pautas establecidas en los contratos. En este marco, se identifican los posibles usuarios del sistema de medición propuesto: organismos de control federales, provinciales o municipales; y por otro lado empresas privadas de servicio. Por otra parte, se ha identificado al personal de inspección nocturna como potencial usuario y operador del sistema de medición propuesto. La realización de mediciones de campo implica la implementación de una metodología de medición asociada a una técnica de medición cuya aplicación no requiera conocimiento técnicos especializados.

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3.1 Características funcionales del alumbrado público

3.1.1 Tipos de alumbrado público. Clasificación

3.1.2 Suministro Eléctrico

3.1.3 Tareas de mantenimiento

3.2 Características de la medición

3.3 Diseño de la aplicación

3.3.1 Elección del sistema sensor de la distancia recorrida por el móvil

3.3.1.1 Sistemas de medición propios del automóvil

3.3.1.2 Sistemas de medición externos

3.3.2 Diseño del equipo de medición. Características generales

3.3.3 Diseño del sistema de adquisición de datos en tiempo real

3.4 Fundamentos de la medición

3.4.1 Análisis de la señal analógica

3.4.2 Análisis de la señal digital

3.4.3 Muestreo de la señal

3.4.4 Análisis del Nº de adquisiciones

3.4.5 Análisis del duty cycle o ciclo de trabajo

3.5 Influencia de la variación del radio en la medición

3.5.1 Influencia de la variación del radio en la frecuencia de muestreo

3.5.2 Influencia de la variación del radio en la indicación de la distancia

3.5.3 Influencia de la variación del radio en el duty cycle o ciclo de trabajo


Metodología de medición Capítulo 3

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3.1 Características funcionales de los sistemas de alumbrado público

El alumbrado público es un servicio esencial para la calidad de vida en los centros urbanos. Durante el período nocturno facilita el tráfico de vehículos, garantiza los niveles mínimos para la visibilidad nocturna y contribuye a la seguridad de la población. Además de iluminar calles, avenidas, plazas, monumentos históricos, etc., es fundamental para mejorar la imagen de las ciudades, favoreciendo el comercio, el turismo, y las actividades de recreación. El principal beneficio del alumbrado público se relaciona con la seguridad urbana. Está ampliamente comprobada su influencia en la disminución de las tasas de robos y crímenes, por lo que muchos países consideran a los sistemas de alumbrado público como parte de sus programas de gobierno referidos a la seguridad nacional. Las instalaciones se proyectan y construyen en un plazo breve, pero su vida de funcionamiento abarca un periodo de 20 a 30 años. Una de las principales problemáticas que enfrenta este tipo de instalación en su fase de explotación reside en sus características particulares de exposición al medio ambiente, que determinan una perdida de eficacia a través del tiempo por causa de la polución ambiental, del envejecimiento o deterioro de alguno de sus componentes. La falta de mantenimiento adecuado produce un aumento del riesgo de accidentes, afecta a la seguridad e imagen de una ciudad y sobre todo se incurre en costos energéticos indirectos adicionales. La elaboración de un proyecto debe tomar en cuenta todo el ciclo de vida de la instalación incluyendo no solo los costos iniciales sino los costos de explotación posterior; operación; gestión; mantenimiento; consumo, etc., puesto que ciertas medidas que en la fase inicial del proyecto pueden resultar económicas y factibles, resultan ser costosas o de difícil factibilidad en fases posteriores. Si bien el diseño de una instalación de alumbrado público es usualmente abordado desde la perspectiva de una instalación a construir, donde los parámetros habituales de diseño están basados en estudios de rendimiento y confort visual; existe últimamente una creciente tendencia a considerar aspectos relacionados con la calidad del servicio, el consumo energético y el impacto en el medio ambiente. Esto obliga a considerar la problemática adicional de la gestión y explotación de las instalaciones de alumbrado urbano, incorporándola en la etapa del diseño. [12]

3.1.1 Tipos de alumbrado público. Clasificación

En alumbrados de titularidad pública: � Alumbrado vial. � Alumbrado de aparcamientos al aire libre � Alumbrado de fachadas de edificios y monumentos � Alumbrado de Instalaciones deportivas y recreativas � Alumbrado de seguridad � Alumbrado de fiestas o especiales

En alumbrados de titularidad privada: � Alumbrado de rótulos y anuncios luminosos. � Alumbrados exteriores de zonas ajardinadas de particulares � Alumbrado exterior o de seguridad de viviendas unifamiliares de zonas residenciales.

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Los lineamientos de la tesis se enfocan en la medición de los parámetros fotométricos relacionados a los sistemas de alumbrado vial existentes en una ciudad o municipio. El capítulo 6.4 analizará las condiciones de iluminación en el entorno de plazas, rotondas, parques, etc., como así también establecerá consideraciones respecto a la influencia del arbolado y del alumbrado comercial en la medición. Se analizará la posible aplicación del sistema de medición en otros tipos de alumbrados, por ejemplo: instalaciones deportivas; autopistas; túneles, playas de estacionamiento, etc.

3.1.2 Suministro Eléctrico

Las unidades de alumbrado público requieren de suministro energético para su funcionamiento. Las instalaciones, generalmente se conectan a través de líneas de alimentación trifásica que permite el equilibrio de carga entre las distintas fases. De acuerdo a la disponibilidad que cada ciudad o municipio disponga, las luminarias pueden estar conectadas al mismo circuito que alimenta a los consumidores, o bien, poseen una red de alimentación propia. Los sistemas de alumbrado vial generalmente entran en servicio a través de células fotovoltaicas solares o sistemas de comando programado. Sin embargo, una de las particularidades más destacadas con respecto a su funcionamiento radica en que el inicio de su operación y puesta en servicio coincide con el pico de la demanda energética de una ciudad. Esta situación es inevitable. Los comercios iluminan sus vidrieras y carteles; miles de personas retornan a sus hogares incrementando significativamente el consumo residencial; se iluminan espacios públicos y fachadas de edificios, etc., determinando en su conjunto, el pico más alto en los niveles de consumo energético de una ciudad. Esto trae aparejado, como consecuencia, variaciones en el valor de tensión nominal de la red que afectan el funcionamiento de las instalaciones y acortan la vida útil de sus componentes, principalmente lámparas y equipos auxiliares. Por lo tanto, interesa considerar la influencia de la variación de tensión de red sobre los niveles de iluminancia existentes sobre la calzada. Esta situación será abordada en el capítulo 5.1.

3.1.3 Tareas de mantenimiento

El control del funcionamiento tiene por objetivo la detección y reparación de todas las anomalías que se produzcan en la instalación. Así comprende, además de la inspección y la detección de fallas durante el horario de funcionamiento del alumbrado, todos aquellos trabajos eléctricos y mecánicos destinados a mantener en perfecto estado de funcionamiento las instalaciones. Los trabajos incluidos en el control de funcionamiento se pueden agrupar de la siguiente forma:

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Figura 3.1: Tareas de control y mantenimiento

Reparación Detección de averías

IInnssppeecccciioonneess

nnooccttuurrnnaass

Mediciones / Verificaciones Detección de averías

TTaarreeaass ddee MMaanntteenniimmiieennttoo

a) Inspección diurna

Estas inspecciones sirven básicamente para controlar el estado de los elementos mecánicos de la instalación (soportes, luminarias, cajas, portezuelas, arquetas, etc.) así como el estado de pintura y limpieza. Es importante remarcar que la inspección diurna requiere una frecuencia de inspección más baja y una metodología menos rígida que la nocturna, ya que mientras una tiene que detectar errores de funcionamiento, la otra se fija en los aspectos externos y estéticos.

b) Inspección nocturna

Esta tarea, generalmente es llevada a cabo por técnicos especializados de la municipalidad, aún cuando la prestación del servicio está a cargo de una empresa privada, ya que el municipio estará a cargo de realizar las inspecciones tendientes a controlar el cumplimiento de las tareas de mantenimiento efectuadas por la empresa contratista. Las inspecciones que se realizan durante las horas de funcionamiento del alumbrado son de dos tipos: � Control de encendido y apagado

� Control de lámparas en servicio o fuera de servicio Generalmente resulta más económico registrar la falla y atender su reparación al día siguiente que intentar repararla al momento de su detección. La patrulla de inspección nocturna no requiere de ningún tipo de herramientas, o camión canasta porque la planificación previa de su trabajo no incluye en ningún caso el acceso inmediato a la fuente de luz. Por lo tanto este equipo de trabajo puede desarrollar sus funciones desde cualquier tipo de vehículo.

3.2 Características de la medición

Las técnicas de medición actuales por medio de registros manuales sobre una cuadrícula limitan la aplicación a una muestra representativa, lo cual involucra una ardua tarea y exige la interrupción del tráfico vehicular. Una solución de compromiso consiste en tomar

IInnssppeecccciioonneess

ddiiuurrnnaass

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un cierto número de muestras representativas, por ejemplo bajo cada luminaria, y luego realizar una extrapolación de estos datos hacia instalaciones de similares características. Otra alternativa más viable es la utilización de luxímetros móviles. Esto implica el desarrollo de un instrumento portátil que permita realizar mediciones desde cualquier tipo de vehículo, normalmente un automóvil, de modo continuo y automático, conjuntamente con una herramienta informática que posibilite el posterior procesamiento informático de los datos almacenados. Las empresas prestadoras de servicio, organismos de control, municipios, etc., precisan métodos seguros y fiables para controlar la prestación del servicio. El sistema de medición permitiría registrar en modo continuo los niveles de iluminancia pertenecientes a las vías de tránsito de una ciudad o municipio en un corto período de tiempo. Una ciudad con 20.000 puntos de luz podría ser relevada en forma completa en el término de dos o tres días, estableciendo una estimación precisa sobre el estado de depreciación en sus instalaciones. La implementación de un programa de mantenimiento del servicio en grandes ciudades cobra dimensiones mayores. En este caso, los gobiernos acostumbran dividir su territorio en sectores, los cuales son atendidos a través de distintas empresas contratistas mientras que la propiedad y capacidad de decisión sobre las instalaciones continúa en poder del gobierno de la ciudad. Esta situación permite mejorar el control de las contratistas, facilitando el seguimiento y la evaluación de los resultados de las tareas previstas. La actualización permanente de los registros fotométricos permitirá elaborar bases de datos capaces de reflejar el correcto desempeño de las empresas contratadas para el mantenimiento del servicio. Los procedimientos de control estipulados en los contratos, generalmente se basan en el porcentaje de averías permanente y un tiempo mínimo de reposición de los puntos de luz que se encuentran fuera de servicio. El sistema de medición propuesto implica una nueva metodología de seguimiento y control basado en la evaluación del estado de depreciación de las instalaciones.

3.3 Diseño de la aplicación

Para evaluar la calidad del servicio en instalaciones de alumbrado urbano, uno de los parámetros indicativos es la iluminancia sobre el área de interés, que en general corresponde a la superficie de la calzada y/o veredas. El desafío que plantea la aplicación es la construcción de un instrumento capaz de registrar en forma continua los niveles de iluminancia existentes en los distintos tipos de instalaciones de alumbrado vial de un municipio o ciudad. La reiteración en el tiempo de las mediciones permitirá determinar un factor de calidad que evalúe el grado de depreciación de las instalaciones relevadas. El Factor de Mantenimiento definido en el capítulo 2.4 relaciona los valores medios actuales e iniciales de una instalación. Los valores iniciales de una instalación se consiguen mediante el registro fotométrico en el momento inicial de su prestación, a partir del tiempo necesario para la estabilización del flujo de las lámparas estipulado en 100 hs. La determinación del Factor de Mantenimiento sobre instalaciones que no cuentan con el registro de sus valores iniciales puede resolverse mediante la utilización de un software de cálculo dedicado al diseño de instalaciones de alumbrado público.

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Estos programas permiten simular las condiciones iniciales de una instalación mediante el ingreso de los parámetros que la caracterizan; geometría de instalación, luminaria, ancho de la calzada, etc. El tratamiento informático de la información almacenada durante las mediciones permitirá además determinar otros factores de mérito que resultan de interés; valores máximos y mínimos; uniformidad general y longitudinal.

3.3.1 Elección del sistema sensor de la distancia recorrida por el móvil

Se espera implementar un sistema para el registro de la distancia recorrida por el móvil, de forma tal que pueda adaptarse a cualquier tipo de vehículo y no requiera conocimientos especializados para su montaje, conexión y operación. El equipo de medición tendrá a su cargo la tarea de sensar los fenómenos físicos de interés en forma asociada a una metodología de medición que contemple las características funcionales y operacionales de los sistemas de alumbrado público junto a las condiciones de circulación vehicular en las vías de tránsito de una ciudad. 3.3.1.1 Sistemas de medición propios del automóvil

Debido a que la implementación de la metodología precisa un automóvil para realizar las mediciones, es menester estudiar los principios de funcionamiento utilizados en la industria automotriz para el registro de la distancia recorrida por el móvil. La constante innovación tecnológica que imprime la electrónica y la microelectrónica en el dominio de la industria automotriz, ha marcado en las últimas décadas un aporte fundamental al desarrollo de nuevos sistemas de medición e indicación, desarrollando nuevos principios de funcionamiento, confort y seguridad. El 90% de los autos en el mercado argentino emplea un sensor de efecto Hall acoplado a la caja de cambio del automóvil, entregando a la salida un tren de pulsos que relacionado a una base de tiempo apropiada, es la encargada de proveer la señal que se indica en el odómetro del tablero instrumental del automóvil. La principal desventaja de este sistema de medición radica en que la relación de engranaje de la caja de velocidad difiere entre una marca de automóvil a otra, hasta incluso de un modelo a otro dentro de una misma marca, es decir que la acción del sin fin no responde a una estandarización para todas las marcas de automóviles. Esto implica que para cada auto en particular, requiera implementar un procedimiento de calibración al momento de la instalación del equipo. La ubicación del sensor dentro del motor del auto también difiere de un modelo a otro incluso para automóviles de la misma marca. Esto implica la necesidad de un conocimiento técnico ciertamente calificado para su ubicación y conexión. Por otra parte, el sistema de frenos ABS se encuentra instalado en aproximadamente el 10 % de los automóviles en plaza. Este es un sistema de seguridad que controla la velocidad de frenado de las cuatro cubiertas a través de dispositivos sensores que generan señales digitales de salida. Al tratarse de un sistema de seguridad, no es indicado intervenir en el mismo para la obtención de la señal deseada. 3.3.1.2 Sistemas de medición externos

Muestreo Uniforme Los sistemas de muestreo uniforme imponen una base de tiempo fija en la frecuencia de

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muestreo fm que gobierna la adquisición de datos. Las señales digitales de muestro

provienen de relojes externos que son seteados en forma previa a la medición, en correspondencia a la velocidad de circulación y la distancia del tramo evaluado.

La utilización de una fm fija durante el muestreo de la curva iluminancia limita la

aplicación a velocidades de circulación constantes durante la medición. Esta situación no favorece la adaptabilidad del sistema de medición a las condiciones de circulación vehicular reinantes en las vías de tránsito de una ciudad, ya que la densidad de tráfico, presencia de semáforos, cruces peatonales, etc., imposibilitan establecer una velocidad de circulación constante durante la medición. GPS

El desarrollo reciente de la tecnología GPS ha impulsado la proliferación de las aplicaciones de los sistemas de navegación a un sinnúmero de contextos, por ejemplo: minería, autopistas inteligentes, relevamientos topográficos, aterrizajes autónomos, movimientos de terreno, construcción, agricultura de precisión, etc. Todas estas aplicaciones están basadas en el conocimiento más o menos preciso de la posición, velocidad y orientación de un vehículo y el fin puede ser la localización o guiado de un móvil hacia un objetivo (medios de transporte o robots), la manipulación remota del vehículo (pala mecánica, grúa, etc.), el vehículo como soporte de un sistema de adquisición de datos (adquisición de imágenes aéreas o espaciales) y aún una combinación de todas estas posibilidades. Sin embargo la aplicación de estos sistemas encuentra dificultades en el ámbito urbano puesto que los edificios, túneles y estructuras metálicas confunden a los dispositivos GPS o hacen que dejen de funcionar. El multitrayecto es una de las causas de error sistemáticos más importantes e introduce dos problemas: � Atenuación selectiva (si se reciben varias señales simultáneamente) � Incremento de la distancia medida al satélite (ya que en vez de tomar la distancia real,

se toma la distancia a través de las reflexiones producidas)

Precisión en los sistemas de navegación: de 5 a 50 metros. [13] Cinco son los sistemas de navegación que coexisten o coexistirán en breve. Por orden de aparición: � GPS americano. De uso militar y civil a partir de 1993; de cobertura mundial y con

una precisión estimada de 100m (aunque a partir de mayo del 2000 se concentró a unos 50/30 metros).

� GLONASS ruso. De uso militar y civil a partir de 1995; de cobertura mundial y con una precisión estimada de 60m.

� WAAS americano. De ámbito únicamente militar, se encuentra disponible desde 2003. Cobertura: EEUU, Canadá y México. Tiene una precisión de 7m.

� MSAS japonés. Para la aviación, está disponible desde 2005 con cobertura de la zona aérea nipona. Precisión de 7m.

� Galileo europeo. Para uso terrestre, marítimo y aéreo. Con cobertura europea a partir del 2008 y con una precisión estimada de 5m.

(*) De los anteriores y para el uso civil existen acuerdos únicamente entre EEUU y la CE para la coexistencia del GPS y el Galileo.

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3.3.2 Diseño del equipo de medición. Características generales

El diseño del equipo de medición debe responder a las necesidades que plantea la aplicación. Para ello debe cumplir con las siguientes características generales: a. Equipamiento portátil b. Funcionamiento en modo automático y continuo c. Adaptable a todo tipo de vehículo d. Fácil instalación a. Portabilidad Los programas de aplicación para el diseño de instrumentación virtual permiten transformar una Pc portátil en una unidad de almacenamiento y procesamiento de datos. Estos programas permiten simular botones de comando y control a través de una pantalla de presentación especialmente diseñada. La utilización de una Pc portátil garantiza la portabilidad del sistema porque además de registrar y procesar los datos adquiridos, permite configurar la interfaz gráfica que rige el entendimiento hombre – máquina. Por otra parte, se estudia la posible integración de todos los componentes del equipo en un solo gabinete que permita la interconexión y el ingreso de las señales de entrada al sistema.

b. Modo automático y continuo Las condiciones de circulación de un móvil que se desplaza por las vías de tránsito de una ciudad imponen ciertas consideraciones a tener en cuenta. El diseño del equipo debe contemplar la adaptabilidad del sistema de medición a las condiciones de circulación que imponen las vías de tránsito; distintas velocidades, semáforos, cruces peatonales, etc., de tal forma que permita obtener los mismos valores de registro, indistintamente de la velocidad de circulación empleada en la medición. No es aconsejable la utilización de una base de tiempo fija para el muestreo de la curva iluminancia, puesto que condicionaría la medición en los momentos que el móvil, por cualquier circunstancia, necesite detener su marcha.

c. Adaptable a todo tipo de vehículo El sistema utilizará como fuente de alimentación el conector del encendedor del móvil, salida de 12 Vcc, disponible en cualquier marca y modelo. Se establece la necesidad de montar un dispositivo externo sobre la rueda del automóvil con el fin de obtener la señal que necesita el odómetro digital para la indicación de la distancia recorrida. Este sistema detectará el paso de una cinta reflectante colocada sobre la rueda, conformando un tren de pulsos que habilita la adquisición de datos en relación a la grilla de medición. Una de las características principales que determina el diseño de la aplicación es la ubicación de una célula fotoeléctrica sobre el techo del automóvil. La disposición de un luxímetro convencional implica condiciones de riesgo para el instrumento por lo cual se dispone diseñar un sistema que contemple dicha situación.

d. Fácil instalación La disposición de los elementos sensores colocados en la parte externa del vehículo se realiza a través de acoples magnéticos, son de simple montaje y conservan una apariencia sobria con la intención de que su presencia, no aliente actos de vandalismo.

- 36 -


3.3.3 Diseño del sistema de adquisición de datos en tiempo real

El diseño de un sistema de adquisición de datos en tiempo real considera la adquisición de señales, procesamiento de los datos registrados, presentación y almacenamiento de los resultados obtenidos. La aplicación requiere un soporte informático con las siguientes características generales: a. Almacenamiento de datos b. Diseño de interfaz gráfica c. Operación sencilla. d. Presentación de resultados in-situ. a. Almacenamiento de datos Cuando los municipios están encargados del mantenimiento del alumbrado de una ciudad, por lo general, no llevan adelante un registro de operaciones de mantenimiento en forma adecuada, por consiguiente es muy difícil disponer de registros históricos confiables dentro de una base de datos segura y ordenada. El volumen de la información a tratar es importante, y crece en proporción al tamaño del municipio y a los requerimientos de calidad en el nivel de servicio. Tal volumen de información hace imprescindible el tratamiento informático de los datos. Es necesario conformar una base de datos convenientemente estructurada, fiable y de fácil acceso que posibilite el posterior procesamiento estadístico y gráfico de los datos.

b. Presentación de resultados in-situ - Diseño de interfaz gráfica La utilización de una interfaz gráfica permite accionar los botones de comando que gobiernan la aplicación. Contempla el ingreso de variables e indicadores numéricos/gráficos y ofrece la posibilidad de presentar los resultados de la medición en forma instantánea. Al término de cada medición, el personal de inspección podrá realizar una evaluación de los resultados de la medición in situ, corroborando los resultados presentados, con las características propias de la instalación que ha sido evaluada.

c. Operación sencilla. El diseño de la pantalla de presentación debe ser tal, que no requiera conocimientos técnicos especializados para su operación. Su interpretación debe ser sencilla y de fácil manejo, respetando el tamaño de fuente y contraste necesario que garantice una buena visibilidad en condiciones de visión nocturna.

3.4 Fundamentos de la medición

Es necesario desarrollar un sistema de adquisición de datos cuyos principios de funcionamiento contemplen las pautas expuestas en el diseño de la aplicación. Para llevar a cabo una medición en tiempo real es necesario conocer en detalle el comportamiento de las variables físicas presentes en la medición. Su estudio permitirá determinar la tecnología y los principios de medición a ser utilizados. El registro de datos reviste ciertas particularidades debido a las características dinámicas de la medición. A diferencia de los registros manuales efectuados en forma puntual, el luxímetro móvil realizará sus mediciones en movimiento y a velocidad variable. En las siguientes secciones, se estudiará en detalle el comportamiento de las señales que intervienen en la medición, como así también los efectos del muestreo en la conversión analógica/digital.

- 37 -


Ta = V

d fa =

V

d

"Curva Estática"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

distancia recorrida [m]

Iluminancia [lux]

3.4.1 Análisis de la señal analógica

La distribución de los niveles de iluminancia producida por una instalación de alumbrado vial sobre la calzada depende en primer término del tipo de lámpara y luminaria utilizada, como así también de los parámetros referidos a la geometría de instalación establecidos en la etapa de diseño; altura de montaje, inclinación de la luminaria, separación entre columnas, etc. La utilización de modernos software de cálculos para el diseño de instalaciones de alumbrado público, permite conocer a priori la forma de la curva que se espera medir, ver figura 3.2. El análisis gráfico de la señal nos permite identificar un valor de “cresta” o “pico” bajo las luminarias, y un valor de “valle” correspondiente a la distancia media entre columnas. A su vez nos permite determinar que el período de la señal corresponde al vano de la instalación, mientras que la altura de montaje e inclinación de la luminaria inciden sobre la amplitud de los valores de la señal.

Figura 3.2: Curva de distribución de iluminancia correspondiente a una instalación unilateral izquierda, considerando una línea de trayectoria paralela al eje longitudinal de la calzada ubicada en el centro del carril izquierdo, y a una altura de 1.5 m sobre la calzada.

La curva de distribución de la iluminancia representa la sucesión de los valores puntuales muestreados para los intervalos correspondientes al valor de la rejilla de medición preestablecida. Es decir, que esta curva corresponde a los valores de iluminancia medidos en forma manual o puntual, bajo condiciones estáticas (velocidad = 0). En lo sucesivo, se hará referencia a ella con el nombre de “curva estática”. Sin embargo la aplicación determina que en la práctica esta curva sea medida por medio de un móvil en condiciones dinámicas, o sea a través de distintas velocidades de circulación. Analizando el período de la señal analógica Ta, y su valor inverso correspondiente a la frecuencia fa, se observa que:

3.4.1 - 1

- 38 -


Las fórmulas 3.4.1–1 expresan el período y la frecuencia de la curva estática cuando esta es recorrida en forma dinámica por un observador, a través de un móvil apropiado para tal fin. Vemos que ambas expresiones dependen de la velocidad en forma inversa y directamente proporcional, respectivamente. La tabla 3.1 muestra los valores de Ta y fa correspondientes a una instalación cuyo vano es de 28 m, para distintas velocidades de circulación expresadas en Km/h y m/seg.

Km/h a m/s

0.27778

Velocidad Entrada Analógica

Km/h m/s Ta = 28 m / V fa

10 2.78 10.08 0.10

20 5.56 5.04 0.20

30 8.33 3.36 0.30

40 11.11 2.52 0.40

50 13.89 2.02 0.50

60 16.67 1.68 0.60

70 19.44 1.44 0.69

Tabla 3.1: Señal analógica en función de la velocidad de circulación

- 39 -


Figura 3.3: Comportamiento de la señal analógica en el dominio del tiempo para distintas velocidades de circulación

La figura 3.3 muestra el comportamiento de la señal analógica en función del tiempo considerando distintas velocidades de circulación.

seg

10.08 seg

5.04 seg

3.36 seg

2.52seg

2.02

t

t

t

t

t

t

1.68 seg

Capítulo 1

60 Km/h

50 Km/h

30 Km/h

10 Km/h

20 Km/h

40 Km/h

E

- 40 -


3.4.2 Análisis de la señal digital

La trayectoria que recorre un automóvil a lo largo de una línea longitudinal al eje de la calzada puede ser dividida en intervalos regulares, conformando la grilla de medición que determinará los instantes de muestreo. Estos instantes, asociados a las lecturas de iluminancia, permitirán reproducir la curva iluminancia de una instalación de alumbrado cumpliendo los objetivos del equipo. Un sensor fotoeléctrico colocado en la rueda del vehículo será el responsable de esta tarea. El sensor fotoeléctrico de la figura 3.4, entrega una señal de salida tipo “todo” o “nada”, es decir una señal digital que asume un estado “alto” cuando la cinta reflectante pasa

frente al sensor, y un estado “bajo”, cuando esto no sucede.

La conformación de la señal digital que establecerá los instantes correspondientes a la adquisición de datos, esta dada por el ancho del pulso “alto” el cual depende a su vez del ancho de la cinta reflectante. El período de la señal digital Td corresponde al perímetro Ps que determina la posición del sensor respecto al centro de la rueda. Donde

A medida que la rueda incrementa su velocidad de giro, el período Td disminuye según la relación:

Ancho Cinta

Ps

rs Ps = 2π rs

Ps

Td =

V

Ps = 2π rs

Figura 3.4: Conformación de la señal digital

distancia

recorrida

[m]

3.4.2 - 1

3.4.2 - 2

- 41 -


El valor inverso de Td corresponde a la frecuencia de la señal digital. Debido a que el sistema de adquisición de datos obtiene una muestra del valor de la señal analógica (curva iluminancia), cada vez que la cinta pasa frente al sensor, dicha frecuencia

representa la “frecuencia de muestreo” fm.

La tabla 3.2 representa los valores de Td y fm correspondientes para cada velocidad de circulación.

Radio Km/h a m/s Perímetro

0.24 0.27 1.50

Velocidad Entrada Digital

Km/h m/s Td = Ps/V fm

10 2.78 0.54 1.84

20 5.56 0.27 3.68

30 8.33 0.18 5.53

40 11.11 0.14 7.37

50 13.89 0.11 9.21

60 16.67 0.09 11.05

70 19.44 0.08 12.90

80 22.22 0.07 14.74

Estos valores también pueden ser deducidos a partir de la relación existente entre la velocidad tangencial y la velocidad angular determinada por la fórmula:

Luego

Donde

Ps

fm = V

ω = V

rs

ω = 2π fm

fm = ω

2π

ω

2π

Td =

Tabla 3.2: Período y frecuencia de la señal digital

rs

= 2π rs 1

Td

3.4.2 - 3

3.4.2 - 4

3.4.2 - 5

- 42 -


A partir de las expresiones 3.4.2-5 se conforma la tabla 3.3, la cual posee idénticos valores a la tabla 3.2.

Radio Km/h a m/s

0.24 0.27

Velocidad tangencial Velocidad Angular Entrada Digital

Km/h m/s ω (s-1) fm = ω/2π Td

10 2.78 11.57 1.84 0.54

20 5.56 23.15 3.69 0.27

30 8.33 34.72 5.53 0.18

40 11.11 46.30 7.37 0.14

50 13.89 57.87 9.21 0.11

60 16.67 69.45 11.06 0.09

70 19.44 81.02 12.90 0.08

80 22.22 92.59 14.74 0.07

Puesto que

Igualando ambos términos

Donde

Entonces

ω = V

rs ω = 2π fm

Ps = 2π rs

fm = V

Ps

Ps

Td =

V

Tabla 3.3: Período y frecuencia de la señal digital

fm = V

2π rs Td =

V

2π rs

3.4.2 - 6

3.4.2 - 7

- 43 -


Como podemos apreciar a partir de las fórmulas o 3.4.2-7, los valores de Td y fm involucran el valor del radio rs a través de las variables Ps y ω respectivamente. En el

capítulo 3.5 se analizará en detalle la influencia de este parámetro en la medición.

3.4.3 Muestreo de la señal

La frecuencia de muestreo es el número de muestras por unidad de tiempo que se toman de una señal continua para producir una señal discreta, el proceso necesario para convertirla de analógica en digital. Según el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, para poder reproducir con exactitud la forma de una onda es necesario que la frecuencia de muestreo sea como mínimo el doble de la máxima frecuencia a muestrear. [14] El teorema de Nyquist sólo indica el valor mínimo necesario para que el muestreo resulte eficaz. Por encima de ese valor, cuanto mayor sea el número de niveles de comparación (muestras), más fiel será la conversión analógica digital (A/D), lo que se traduce en una mayor calidad de la señal resultante. Cuantas más muestras se tengan, será posible reconstruir mejor la señal; no obstante, a mayor frecuencia de muestreo (más información/datos), mayor será el ancho de banda necesario. En términos informáticos, una mayor frecuencia de muestreo requiere una mayor resolución (número de bits). Un número mayor de bits implica, en la práctica, que la señal se procese más lentamente y, por lo general, un encarecimiento del equipo, que requiere interfaces más potentes, más memoria, etc. Además, aunque se siga aumentando la frecuencia de muestreo, la calidad no continúa incrementándose indefinidamente. Matemáticamente se ha demostrado que, llegado un determinado punto (sobrepasada cierta cantidad de muestras por segundo), la calidad ya no aumenta, debido al principio general de rendimientos marginales decrecientes. Si se utiliza una frecuencia menor a la establecida por el teorema de Nyquist, se produce una distorsión conocida como aliasing; algunos autores traducen este término como solapamiento. El aliasing impide recuperar correctamente la señal cuando las muestras de ésta se obtienen a intervalos de tiempo demasiado largos. La forma de la onda recuperada presenta pendientes muy abruptas. [15]

Una pendiente abrupta genera cierta dispersión de la señal. Esta dispersión es la responsable de que se genere un desfase o desplazamiento temporal de la señal.

Figura 3.5: Efecto Aliasing

- 44 -


La tabla 3.4 resume el comportamiento de las señales analógica y digital para las distintas velocidades de circulación.

Radio Km/h a m/s Perímetro Distancia

0.24 0.27 1.50 28

Velocidad Entrada Analógica Entrada Digital

Km/h m/s fa Ta = d / v fm Td = Ps / v

10 2.78 0.10 10.08 1.84 0.54

20 5.56 0.20 5.04 3.68 0.27

30 8.33 0.30 3.36 5.53 0.18

40 11.11 0.40 2.52 7.37 0.14

50 13.89 0.50 2.02 9.21 0.11

60 16.67 0.60 1.68 11.05 0.09

70 19.44 0.69 1.44 12.90 0.08

80 22.22 0.79 1.26 14.74 0.07

Los valores de fm son impuestos por la acción del sistema de detección colocado sobre

la rueda del móvil.

La tabla 3.5 demuestra que la frecuencia de muestreo fm correspondiente a la señal digital, es 18.6 veces mayor que la frecuencia fa de la señal analógica en todo el rango de velocidades.

Como se puede observar la frecuencia de muestreo fm cumple ampliamente la premisa de Nyquist, la cual establece que para poder reproducir fielmente una señal analógica, esta debe ser muestreada a una frecuencia igual o mayor a dos veces su frecuencia máxima.

Radio Km/h a m/s Perímetro Distancia

0.24 0.27 1.50 28

Velocidad Entrada Analógica Entrada Digital fm / fa

Km/h m/s fa Ta = d / v fm Td = Ps / v

10 2.78 0.10 10.08 1.84 0.54 18.6

20 5.56 0.20 5.04 3.68 0.27 18.6

30 8.33 0.30 3.36 5.53 0.18 18.6

40 11.11 0.40 2.52 7.37 0.14 18.6

50 13.89 0.50 2.02 9.21 0.11 18.6

60 16.67 0.60 1.68 11.05 0.09 18.6

70 19.44 0.69 1.44 12.90 0.08 18.6

80 22.22 0.79 1.26 14.74 0.07 18.6

Tabla 3.4: Señal analógica y digital

Tabla 3.5: Teorema de Nyquist

- 45 -


Para estudiar los posibles efectos de Aliasing en la medición debemos tener en cuenta que:

� El rango de frecuencias de muestreo obtenidos a través de las distintas velocidades de circulación es fijo, y depende de la posición del sensor respecto al centro de la rueda, como veremos en la sección 3.5.1.

� Los valores de fa están determinados por la velocidad de circulación y la separación entre columnas según las fórmulas 3.4.1-1:

A partir de lo cual se deduce que:

Esta relación permitirá calcular cual es la distancia entre columnas a partir de la cual fa es incapáz de ser muestreada por las frecuencias de muestreo generadas por el sensor fotoeléctrico a través de las distintas velocidades de circulación.

La tabla 3.6 expresa la frecuencia límite de la señal analógica fa(max), capaz de ser muestreada por las señales digitales conformadas por el sistema de detección colocado sobre la rueda del móvil. Estos valores están determinados por el teorema de Nyquist, el cual establece que:

Por lo tanto

Radio Km/h a m/s Perímetro

0.24 0.27 1.50

Velocidad fm fa(max) d

[Km/h] [m/s] [Hz] [Hz] [m]

10 2.78 1.84 0.92 3.0

20 5.56 3.68 1.84 3.0

30 8.33 5.53 2.76 3.0

40 11.11 7.37 3.68 3.0

50 13.89 9.21 4.61 3.0

60 16.67 11.05 5.53 3.0

70 19.44 12.90 6.45 3.0

80 22.22 14.74 7.37 3.0

fa = V

d Ta =

V

d

d = V

fa

fm ≥≥≥≥ 2 fa

2 fa ≥≥≥≥

fm

Tabla 3.6: Aliasing

3.4.3 - 1

- 46 -


La ubicación del sensor a 24 cm respecto al centro de la rueda, genera un rango de frecuencias de muestreo capaz de reproducir fielmente la curva iluminancia para instalaciones de alumbrado cuya separación entre columnas sea superior a 3 m. El efecto de aliasing se produciría a partir de distancias inferiores a esta cifra. Esta situación permite afirmar que el diseño del sistema de muestreo conformado por el sensor fotoeléctrico sobre la rueda del móvil responde ampliamente a las necesidades de la aplicación.

- 47 -


3.4.4 Análisis del Nº de Adquisición de Datos El Nº de adquisiciones corresponde a la cantidad de veces que el período de la señal

digital Td, se presenta dentro de un período de la señal analógica Ta.

Donde

Ahora bien

Como se puede apreciar, el Nº de adquisiciones no depende de la velocidad. El resumen de sus fórmulas indica que:

Ta = Nºadq * Td

Nº adq = Td

Ta

Nºadq = Ta * fm O bien

Ps

Td

= V

d

Ta =

V

Nºadq = d

Ps

Nº adq = Td

Ta = Ta * fm

d

Ps

=

t

E

Ta Td

Figura 3.6: Muestreo y Nº de adquisición de datos

Reemplazando estos términos se obtiene:

3.4.4 - 1

3.4.4 - 2

- 48 -


La tabla 3.7 demuestra que el Nº de adquisiciones registradas para cada velocidad de circulación es la misma. Esto quiere decir que en todos los casos, el período de la señal analógica esta contenida por la misma cantidad de períodos digitales.

Velocidad Entrada Analógica

Entrada Digital Nº adquisiciones

Km/h m/s fa Ta fm Td fm x Ta Ta / Td d / Ps

10 2.78 0.10 10.08 1.84 0.54 18.57 18.57 18.57

20 5.56 0.20 5.04 3.68 0.27 18.57 18.57 18.57

30 8.33 0.30 3.36 5.53 0.18 18.57 18.57 18.57

40 11.11 0.40 2.52 7.37 0.14 18.57 18.57 18.57

50 13.89 0.50 2.02 9.21 0.11 18.57 18.57 18.57

60 16.67 0.60 1.68 11.05 0.09 18.57 18.57 18.57

70 19.44 0.69 1.44 12.90 0.08 18.57 18.57 18.57

80 22.22 0.79 1.26 14.74 0.07 18.57 18.57 18.57

Si el período de la señal digital Td disminuye a medida que la velocidad aumenta, esto

implica que fm aumenta a medida que la velocidad hace lo propio.

Si el Nº de adquisiciones para cada velocidad es el mismo, significa que la frecuencia de muestreo ajusta dinámicamente su valor, en forma directamente proporcional al aumento o disminución de la velocidad, como indica las fórmulas 3.4.4 -3:

Esta situación permite afirmar que el ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo en función de la velocidad de circulación, permite seguir las variaciones dinámicas de la curva iluminancia adquiriendo siempre el mismo número de muestras, y muestreando en todos los casos, los mismos puntos de la curva analógica. Ver figura 3.7

Ps

fm = V

fa = V

d

Tabla 3.7: Número de adquisiciones de datos

3.4.4 - 3

- 49 -


Figura 3.7: Ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo

s

10.08 seg

5.04 seg

3.36 seg

2.52 seg

2.02 seg

t

t

t

t

t

t

1.68 seg

E

10 Km/h

Ta = 10,08

fm = 1,84

fm*Ta = 18,57

20 Km/h

Ta = 5,04

fm = 3,68

fm*Ta = 18,57

30 Km/h

Ta = 3,36

fm = 5,53

fm*Ta = 18,57

40 Km/h

Ta = 2,52

fm = 7,37

fm*Ta = 18,57

50 Km/h

Ta = 2,02

fm = 9,21

fm*Ta = 18,57

60 Km/h

Ta = 1,68

fm = 11,05

fm*Ta = 18,57

- 50 -


3.4.5 Análisis del Duty Cycle El Ciclo de Trabajo o Duty Cycle (DC) es el tiempo, representado en porcentaje, que la señal permanece en estado "alto" (nivel lógico "1"), respecto al período de dicha señal.

La figura 3.6 representa un pulso de la señal digital con un ancho de pulso THigh y con un

periodo Td = 1/fm.

Donde

El diseño de la aplicación determina que cada vez que el sensor detecta el paso de la cinta, el sistema toma un valor de adquisición para luego convertirlo en un valor digital capaz de ser almacenado. Este parámetro es muy importante para la aplicación, porque a medida que la velocidad de circulación aumenta, el paso de la cinta frente al sensor será cada vez más rápido. Por

lo tanto necesitamos determinar cual es el valor de THigh que permite realizar la

adquisición en forma completa, y determinar si la frecuencia de conmutación del sensor fotoeléctrico representa una limitación para la velocidad de circulación.

Puesto que el THigh está determinado por la longitud de la cinta reflectante, necesitamos

conocer cual es el valor óptimo de este parámetro. Se consideran cuatro anchos de cinta diferentes: � Cinta1 = 5 cm � Cinta2 = 15 cm � Cinta3 = 20 cm � Cinta4 = 40 cm

Td

THigh TLow

t

Td = THigh + TLow

DC = THigh x 100

Td

Figura 3.8: Duty cycle o ciclo de trabajo

3.4.5 - 1

3.4.5 - 2

- 51 -


En primer término se determinará el Duty Cycle que corresponde a cada ancho de cinta,

y luego se calculará el THigh correspondiente a cada velocidad de circulación.

La figura 3.9 muestra la relación existente entre el ancho del pulso y el perímetro correspondiente a la posición del sensor. La tabla 3.8 muestra los valores del DC calculado para cada ancho de cinta.

Radio Ps Ancho de Cinta Duty Cycle

[m] [m] [m] [%]

0.24 1.5 0.05 3.316

0.15 9.948

0.2 13.265

0.4 26.529

Despejando el término THigh de la fórmula 3.4.5-2 correspondiente al DC, se obtiene:

DC = Ancho de cinta * 100

Ps

DC * Td

100

THigh = [seg]

Ps

Ancho de Cinta

d Figura 3.9: Duty cycle de la señal digital

Tabla 3.8: Duty Cycle en función del ancho de cinta utilizado

3.4.5 - 3

3.4.5 - 4

- 52 -


3.4.5 - 5

La tabla 3.9 representa un resumen detallado del comportamiento de la señal analógica y digital, para las distintas velocidades de circulación.

Radio Ps Ancho Cinta (cm) 5 15 20 40

0.24 1.5 Duty Cycle (%) 3.316 9.948 13.265 26.529

Velocidad Entrada

Analógica Entrada Digital

THigh

Km/h m/s fa Ta fm Td Cinta1 Cinta2 Cinta3 Cinta4

10 2.78 0.10 10.08 1.84 0.54 0.018 0.054 0.072 0.144

20 5.56 0.20 5.04 3.68 0.27 0.009 0.027 0.036 0.072

30 8.33 0.30 3.36 5.53 0.18 0.006 0.018 0.024 0.048

40 11.11 0.40 2.52 7.37 0.14 0.004 0.013 0.018 0.036

50 13.89 0.50 2.02 9.21 0.11 0.004 0.011 0.014 0.029

60 16.67 0.60 1.68 11.05 0.09 0.003 0.009 0.012 0.024

70 19.44 0.69 1.44 12.90 0.08 0.003 0.008 0.010 0.021

80 22.22 0.79 1.26 14.74 0.07 0.002 0.007 0.009 0.018

A partir de los valores presentes en la tabla 3.9, es posible someter al equipo a un ensayo de laboratorio que permita simular las condiciones reales de operación del sistema de adquisición diseñado, y determinar cual es el ancho de la cinta reflectante óptima que garantice una correcta adquisición de datos. El capítulo 5.3 describe los ensayos de laboratorio y pruebas de campo concernientes. Se analiza a continuación el comportamiento del Duty Cycle en función de la velocidad. Partiendo de la fórmula 3.4.5-3

Reemplazamos los términos correspondientes a:

Y se obtiene

Ancho de Cinta = THigh * V

Ps = Td * V

DC = THigh x 100

Td


Ps

Tabla 3.9: Tiempo correspondiente al estado alto de la señal digital

- 53 -


El valor del DC es siempre el mismo para cada ancho de cinta independiente de la velocidad de circulación. Ver tabla 3.10.

Vel. Entrada Digital

THigh [seg] Duty Cycle [%]

Km/h Td Cinta1 Cinta2 Cinta3 Cinta4 Cinta1 Cinta2 Cinta3 Cinta4

10 0.54 0.018 0.054 0.072 0.144 3.316 9.949 13.265 26.529

20 0.27 0.009 0.027 0.036 0.072 3.316 9.949 13.265 26.529

30 0.18 0.006 0.018 0.024 0.048 3.316 9.949 13.265 26.529

40 0.14 0.004 0.013 0.018 0.036 3.316 9.949 13.265 26.529

50 0.11 0.004 0.011 0.014 0.029 3.316 9.949 13.265 26.529

60 0.09 0.003 0.009 0.012 0.024 3.316 9.949 13.265 26.529

70 0.08 0.003 0.008 0.010 0.021 3.316 9.949 13.265 26.529

80 0.07 0.002 0.007 0.009 0.018 3.316 9.949 13.265 26.529

Tabla 3.10: Duty cycle en función de la velocidad

- 54 -


3.5 Análisis de la variación del radio “rs” en la medición En el presente capítulo se analiza la influencia que determina la variación de la posición del sensor sobre la rueda en cada uno de los parámetros que intervienen en la medición. Disponiendo de una cinta reflectante de tal forma que cubra el espesor de la rueda en forma completa, deducimos a partir de las figuras 3.10 y 3.11 que la conformación de la

señal digital depende del parámetro rs.

Ps1 = 2π rs1

Ps2 = 2π rs2

d

d

Ancho Cinta

Ps1

Ancho Cinta

Ps2

Figura 3.10: Variación de posición del sensor sobre la rueda

Figura 3.11: Conformación del pulso digital

rs

3.5 -1

- 55 -


3.5.1 Influencia de la variación del radio en la frecuencia de muestreo La relaciónes establecidas para el período y la frecuencia de la señal digital según las ecuaciones 3.4.2-2/3:

A partir de estas expresiones se deduce que conforme el radio del sensor aumenta, la frecuencia de muestreo disminuye, y viceversa. Esta variación de la frecuencia de muestreo trae como consecuencia una disminución en el Nº de puntos muestreados, como lo indica la siguiente expresión:

Por lo tanto la variación de la posición del sensor respecto al centro de la rueda provoca un aumento o disminución de la frecuencia de muestreo, de tal forma que produce un corrimiento de los puntos de muestreo efectuados sobre la curva y puede introducir un error si se desea verificar la repetitividad de la medición. Ver figura 3.12.

Figura 3.12: Variación de la frecuencia de muestreo en función de la posición del sensor en la

rueda

Ps Td =

V

Ps

fm = V

2π rs Td =

V

Nº adq = Td

Ta = Ta * fm

d

Ps

=

fm = V

2π rs

t

E rs = 24

t

E rs = 25 cm

d

2π rs

=

3.5.1 - 1

3.5.1 - 2

3.5.1 - 3

- 56 -


Tablas 3.11: Nº de adquisiciones en función del radio rs

El grupo de tablas 3.11 resume la situación expuesta hasta aquí considerando tres valores de radios diferentes:

Radio [m] Ps [m]

0.24 1.51

Velocidad Entrada Analógica Entrada Digital Nº adq

Km/h fa [Hz] Ta [seg] fm [Hz] Td [seg] fm x Ta

10 0.10 10.08 1.84 0.54 18.57

20 0.20 5.04 3.68 0.27 18.57

30 0.30 3.36 5.53 0.18 18.57

40 0.40 2.52 7.37 0.14 18.57

50 0.50 2.02 9.21 0.11 18.57

60 0.60 1.68 11.05 0.09 18.57

70 0.69 1.44 12.90 0.08 18.57

Radio [m] Ps [m]

0.25 1.57



10 0.10 10.08 1.77 0.57 17.83

20 0.20 5.04 3.54 0.28 17.83

30 0.30 3.36 5.31 0.19 17.83

40 0.40 2.52 7.07 0.14 17.83

50 0.50 2.02 8.84 0.11 17.83

60 0.60 1.68 10.61 0.09 17.83

70 0.69 1.44 12.38 0.08 17.83

Radio [m] Ps [m]

0.26 1.63



10 0.10 10.08 1.70 0.59 17.14

20 0.20 5.04 3.40 0.29 17.14

30 0.30 3.36 5.10 0.20 17.14

40 0.40 2.52 6.80 0.15 17.14

50 0.50 2.02 8.50 0.12 17.14

60 0.60 1.68 10.20 0.10 17.14

70 0.69 1.44 11.90 0.08 17.14

- 57 -


3.5.1 - 3

3.5.1 - 4

Tabla 3.12: Distancia recorrida por el móvil

3.5.2 Influencia de la variación del radio en la indicación de la distancia

Se analiza a continuación la influencia que produce la variación de rs en la medición de la

distancia recorrida por el móvil.

Donde

V = fm * Ps

t = Ta

Por lo tanto

La tabla 3.12 resume esta situación considerando cuatro radios diferentes:

Radio [m] Ps [m] Nº adq d [m]

0.24 1.51 18.57 28

0.25 1.57 17.83 28

0.26 1.63 17.14 28

0.27 1.70 16.51 28

Como se puede apreciar la medición de la distancia recorrida por el móvil no se ve afectada por la variación de la posición del sensor en la rueda, puesto que el conjunto de mediciones realizado para cada radio en particular respeta los principios de funcionamiento hasta aquí establecidos respecto al ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo en función de la velocidad de circulación.

Esto indica que la variación del parámetro rs introduce errores entre los conjuntos de mediciones tomados a partir de radios diferentes, afectando por consiguiente, la repetitividad del sistema en la medición. Para establecer comparaciones entre conjuntos de mediciones se exige la utilización de los mismos parámetros de muestreo que aseguren la comparación de valores entre idénticos puntos de la curva iluminancia. Esta circunstancia debe ser tenida en cuenta durante el montaje del sistema sensor, ubicando el sensor fotoeléctrico siempre en la misma posición respecto al centro de la rueda. Como se puede observar, el sistema de medición propuesto no requiere el cálculo previo de los parámetros de muestreo; frecuencia de muestreo; Nº de adquisiciones y distancia entre muestras; puesto que sus valores están determinados implícitamente por el

parámetro rs, es decir por la ubicación del sensor respecto al centro de la rueda. La distancia entre muestras está establecida por el perímetro Ps que describe el paso de la cinta respecto a la posición del sensor y representa el valor de la grilla de medición.

d = V * t

d = Nº adq * Ps

d = Ps * fm * Ta

- 58 -


La incorporación del sistema de medición compuesto por el sensor fotoeléctrico y la cinta reflectante para la medición de la distancia recorrida por el móvil, denominado odómetro digital, no requiere de ningún tipo de calibración previa a la medición. Analizando nuevamente la fórmula 3.5.1-4

d = Nºadq * Ps

luego

d = Nºadq * 2π rs El software del sistema incluye un contador de pulsos que permite determinar el Nº de adquisición de datos. Por otra parte, el diseño de presentación de la pantalla que

conforma la interfaz con el usuario, permite el ingreso del valor correspondiente a rs. Por lo tanto, el ingreso del valor correspondiente a la posición del sensor respecto al

centro de la rueda, rs, establece los parámetros de muestreo de la medición, como así

también, representa la variable que el odómetro digital precisa para indicar la distancia recorrida por el móvil.

3.5.3 Influencia de la variación del radio en el Duty Cycle

Según lo expuesto en el capítulo 3.4.5, la relación que define el Duty Cycle o ciclo de trabajo de la señal digital es la siguiente:

La tabla 3.13 expresa que conforme aumenta el radio y el perímetro Ps, el Duty Cycle

disminuye.

Radio [m] Ps [m] Dutty Cycle [%]

0.24 1.51 13.27

0.25 1.57 12.73

0.26 1.63 12.24

Tabla 3.13: Comportamiento del Duty Cycle de la señal digital

Donde Ps = 2π rs


Ps


2π rs

3.5.3 -1

- 59 -


Analizando en detalle la señal digital, se observa que:

Reemplazando los términos correspondientes a:

Se obtiene

El grupo de tablas 3.14 expresa el comportamiento del ciclo de trabajo para distintas posiciones del sensor sobre la rueda. El conjunto de mediciones realizadas para cada radio en particular determina un ciclo de trabajo constante para todas las velocidades de circulación en correspondencia a los valores establecidos en la tabla 3.13.

La variación de la posición del sensor sobre la rueda, especificado a través de rs, modifica

el ciclo de trabajo de la señal digital, específicamente la porción correspondiente al TLow.

Como se observa en las tablas 3.14, la porción de la señal correspondiente al THigh

permanece constante ante la variación de rs.

Td = THigh + TLow

TLow = Td - THigh

Td = Ps

V

THigh = Ancho de Cinta

V

TLow = Ps

V V

Ancho de Cinta -

TLow = V

1 Ancho de Cinta ] - [ Ps

Ancho de Cinta ] - [ 2π rs

TLow =

V

1

3.5.3 -2

3.5.3 -3

- 60 -


Radio [m] Ps [m] Ancho Cinta [m]

0.24 1.51 0.2

Velocidad Entrada Digital THigh TLow Duty Cycle

Km/h fm [Hz] Td [seg] [seg] [seg] [%]

10 1.84 0.54 0.072 0.471 13.27

20 3.68 0.27 0.036 0.235 13.27

30 5.53 0.18 0.024 0.157 13.27

40 7.37 0.14 0.018 0.118 13.27

50 9.21 0.11 0.014 0.094 13.27

60 11.05 0.09 0.012 0.078 13.27

70 12.90 0.08 0.010 0.067 13.27


0.25 1.57 0.2



10 1.77 0.57 0.072 0.493 12.73

20 3.54 0.28 0.036 0.247 12.73

30 5.31 0.19 0.024 0.164 12.73

40 7.07 0.14 0.018 0.123 12.73

50 8.84 0.11 0.014 0.099 12.73

60 10.61 0.09 0.012 0.082 12.73

70 12.38 0.08 0.010 0.070 12.73


0.26 1.63 0.2



10 1.70 0.59 0.072 0.516 12.24

20 3.40 0.29 0.036 0.258 12.24

30 5.10 0.20 0.024 0.172 12.24

40 6.80 0.15 0.018 0.129 12.24

50 8.50 0.12 0.014 0.103 12.24

60 10.20 0.10 0.012 0.086 12.24

70 11.90 0.08 0.010 0.074 12.24

Tablas 3.14: Influencia de la variación del radio sobre el Duty Cycle

- 61 -



La aplicación determina la necesidad de diseñar un sistema de medición portátil que permita obtener registros de los niveles de iluminancia existentes en una instalación de alumbrado típica, en forma continua y automática. Las características de funcionamiento de los sistemas de alumbrado vial, asociadas a las condiciones de circulación por las distintas vías de tránsito de una ciudad, determinan la necesidad de aplicar una metodología que se ajuste a las condiciones reinantes en el entorno de medición. La curva estática que representa los valores de iluminancia existentes sobre la calzada son transducidos a valores de tensiones analógicos muestreados a partir de la conformación de un tren de pulsos digitales. El estudio del comportamiento de las señales que intervienen en la medición permite establecer el empleo de un sistema sensor montado sobre la rueda del automóvil. Este sistema permite establecer un muestreo uniforme en función de la distancia recorrida por el móvil para intervalos

regulares que determina la grilla de medición establecida a través del parámetro rs. El sistema propuesto permite el ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo para distintas velocidades de circulación. Esta circunstancia determina que las mediciones fotométricas realizadas por el instrumento puedan ser realizadas a través de distintas velocidades durante la medición, sin que ello afecte el resultado de la misma. La adquisición de datos del sistema de medición propuesto está directamente relacionada al paso de la cinta reflectante frente al sensor, esto implica que la detención forzada del móvil bajo cualquier condición, por ejemplo; semáforos, bocacalles, embotellamientos, cruces peatonales, etc.; no condicionan la medición. Los puntos anteriormente expuestos reflejan la adaptabilidad del sistema de medición a las condiciones de desplazamiento del automóvil por las distintas vías de tránsito de una ciudad. El valor de la grilla de medición representa la distancia entre muestras de los datos adquiridos por el sistema. Los cálculos realizados para un radio de 0.24 m determina una grilla de 1.5 m, la cual cumple ampliamente con las necesidades que determina la aplicación. Eventualmente podría considerarse la utilización de dos marcas sobre la rueda, pero esta circunstancia duplicaría la cantidad de datos registrados, incrementando considerablemente el volumen de información almacenada en la base de datos. Otra consideración a tener en cuenta es la referida al carril de circulación. Puesto que el análisis de la base de datos se realizará correlacionando los niveles registrados en distintos momentos sobre una misma instalación, es necesario realizar los conjuntos de mediciones respetando siempre un mismo carril de circulación. Para calles que constan de una sola calzada con instalación unilateral izquierda o avenidas de calzadas dobles con instalación central, se establece como referencia de trayectoria la línea longitudinal al eje de la calzada correspondiente al centro del carril izquierdo. Cuando la geometría de instalación corresponde a una disposición unilateral derecha o avenidas de calzada doble e instalación central pareada, es preciso contemplar que el primer carril de la derecha normalmente esta destinado al estacionamiento de vehículos. Por ende será necesario establecer como trayectoria de circulación el carril contiguo más próximo. Para establecer comparaciones entre conjuntos de mediciones se exige la utilización de idénticos parámetros de muestreo que aseguren la comparación de valores entre los mismos puntos de la curva iluminancia.

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Por lo tanto, para establecer comparaciones entre conjuntos de mediciones, es menester

que las mismas sean realizadas considerando siempre un mismo valor de rs. Esta circunstancia debe ser tenida en cuenta durante el montaje del sistema sensor, ubicando el sensor fotoeléctrico siempre en la misma posición respecto al centro de la rueda.

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Desarrollo del equipo de medición Capítulo 4

4.1 Sistema de adquisición de datos

4.1 .1 Data loggers

4.1.2 Sistemas DAQ basados en PC

4.1.3 Sistemas DAQ portátiles – PcCards

4.2 Elementos que componen un sistema DAQ

4.2.1 Transductores

4.2.1.1 Señales analógicas

4.2.1.2 Señales digitales

4.2.2 Acondicionamiento de señales

4.2.3 DAQ hardware

4.2.4 Driver software y software de aplicación

4.3 Componentes. Criterios de selección y especificaciones técnicas

4.3.1 Odómetro digital

4.3.2 Luxímetro

4.3.3 Daq hardware

4.3.4 Software

4.3.5 Interfaz de diseño gráfica

4.4.5.1 Diseño de pantalla de la aplicación “LuxMóviL”

4.3.5.2 Diseño de pantalla de la aplicación “LuxManuaL”

4.3.5.3 Planilla de cálculo Excel


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4.1 Sistema de adquisición de datos Cuando la adquisición de datos basada en PC (DAQ) surgió por primera vez en los pasados años 1980s, revolucionó la forma en que los ingenieros y científicos tomaban mediciones. En lugar de usar un voluminoso conjunto de instrumentos autoejecutables que normalmente requerían la transcripción de las mediciones a un papel para realizar el registro de datos, la adquisición de datos basada en PC proporcionaba el poder del computador para desarrollar eficientemente sus aplicaciones de medición y control. El incesante desarrollo de nuevos procesadores y la ampliación en la capacidad de almacenamiento de memoria durante los recientes años 1990s, ofreció muchas mejoras y suministró funcionalidad extendida sobre el primer modelo de generación para programación de adquisición de datos. A finales de esta década y principios de los 2000, amplió su cobertura para un amplio rango de plataformas de hardware (PCI, AT, USB, PCMCIA, PXI y FireWire), permitiendo acceso a una amplia variedad de rangos de voltaje, sensores y tipos de señal adicionando funciones de acondicionamiento de señal. [16]

4.1.1 Data Loggers

Tradicionalmente las aplicaciones de registro de datos se han solucionado a través del uso de "data loggers". Estos equipos son dispositivos aislados que graban señales y las almacenan en memoria o las imprimen en papel. Típicamente los datos de estos dispositivos se tienen que transferir a una computadora porque la mayoría de las aplicaciones requieren también análisis, almacenamiento, presentación y distribución. La transferencia de datos normalmente toma mucho tiempo porque es un proceso muy manual y además el usuario debe aprender a usar dos sistemas diferentes. Aunque estos dispositivos solucionan en forma eficiente ciertas aplicaciones, existen otros casos donde resulta más productivo y efectivo adquirir y almacenar los datos directamente en una computadora.

4.1.2 Sistemas DAQ basados en PC

Las ventajas principales del uso de sistemas basados en PC para el registro de datos son: � La integración del sistema de adquisición de datos o medición a la PC evita el paso

de transferencia de datos del dispositivo aislado a la computadora y esto le ahorra tiempo

� Las modernas herramientas de software de hoy en día le permiten automatizar las tareas de registro de datos, incluyendo el almacenamiento, análisis y presentación

� Los sistemas de registro de datos basados en PC brindan la flexibilidad de poder usar una amplia variedad de hardware para adquisición y acondicionamiento de datos

� Al usar la PC como la base del sistema de registro de datos, toma ventaja de una arquitectura abierta y flexible la cual se puede expandir y modificar cuando las necesidades cambien

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4.1.3 Sistemas DAQ portátiles - PcCards Gracias al advenimiento de las notebooks y la particularidad que imprime el uso de baterías recargables como modo de alimentación, la adquisición de datos en forma portátil se transformó rápidamente en una alternativa mucho más flexible que los sistemas de adquisición tradicionales basados en PC hasta entonces conocidos. La portabilidad mencionada, ofrece una herramienta invalorable tanto para la medición y testeo de señales en laboratorios dedicados a distintos campos de investigación, como así también en la instrumentación y automatización industrial, pues permite un acceso inmediato a la medición, calibración y programación de equipos o sistemas stand-alone.

Figura 4.2: Sistema DAQ basado en Pc portátil

Figura 4.1: Sistemas DAQ basados en Pc

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Debido al tamaño reducido de las notebooks surgió en un principio la necesidad de adaptar las tarjetas de expansión estandarizadas dedicadas a las PC de escritorio, a través del diseño de una nueva tarjeta insertable y portátil. A tales fines fue creado el Grupo internacional denominado PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) con la finalidad de fijar los estandares apropiados para estas tarjetas. Hoy en día la mayoría de las notebooks ofrecen dos slots para PC Card cada una de las cuales puede alojar una tarjeta Type I (3.3 mm de espesor) o Type II (5 mm). Estos slots son generalmente dispuestos uno encima de otro, y cuando son usados juntos, pueden alojar tarjetas Type III (10.5 mm). La tarjeta Type I fue utilizada en los inicios como expansión de memoria y reemplazada luego por las Flash memory cards Type II. El uso más común de las tarjetas Type III es como disco duro. Sin embargo, el avance en los nuevos diseños de notebook ven incrementada su capacidad de almacenamiento de un modelo a otro, alejando la necesidad de recurrir a este tipo de tarjetas. Las tarjetas PC Card Type II son actualmente las más difundidas y están especialmente diseñadas para cumplir funciones de placas de red, adquisición de datos módem, DVD-ROM drive, conexión inalámbrica, MIDI/game port, etc. [17]

4.2 Elementos que componen un sistema DAQ

La adquisición de datos involucra la toma de señales desde distintas fuentes de medición y su digitalización para el almacenamiento, análisis y presentación en una PC. Los sistemas de adquisición DAQ vienen en diferentes soportes de hardware para mayor flexibilidad y adaptabilidad de los sistemas necesarios. Científicos e ingenieros pueden elegir entre PCI, PXI, CompactPCI, PCMCIA, USB, Firewire, puertos serie o paralelo. [18] Se consideran 4 componentes para la construcción de un sistema DAQ: � Transductores � Acondicionamiento de señales � DAQ hardware � Software

4.2.1 Transductores

La adquisición de datos comienza con el fenómeno físico a ser medido. El transductor es un dispositivo que convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica mensurable, sea tensión o corriente. La flexibilidad de un sistema DAQ capaz de adaptarse a la medición de distintas variables se apoya en la gran variedad y precisión de los transductores ofrecidos en el mercado. Algunos requieren excitación en forma de tensión o corriente, mientras que otros pueden necesitar componentes adicionales, o utilizan redes resistivas para producir una señal. Existe una enorme cantidad de transductores diseñados específicamente para cada aplicación. Estos pueden ser utilizados para la medición directa de una variable de interés, o como dato para el cálculo de una variable derivada. En nuestro caso el Luxímetro transduce los niveles de iluminancia de la instalación evaluada, en una señal de tensión analógica factible de ser medida por el hardware del DAQ.

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4.2.1.1 Señales analógicas Las señales analógicas pueden tomar cualquier valor respecto al tiempo y los parámetros que la caracterizan son: nivel, forma y frecuencia. La forma de una señal es tan importante como el nivel, puesto que conduce al análisis más profundo de la señal a través de sus valores de pico, componentes de continua y pendiente asociada. Cuando la frecuencia es la encargada de suministrar la información, es importante considerar conjuntamente la precisión con la velocidad de adquisición. Aunque la velocidad de adquisición para adquirir la frecuencia de una señal es menor que la velocidad requerida para obtener la forma de la misma, la señal debe ser adquirida lo suficientemente rápido como para evitar la pérdida de información a medida que la señal es muestreada. La condición que estipula esta velocidad es el teorema de muestreo de Nyquist descrito anteriormente en el capítulo 3.4.3.

4.2.1.2 Señales digitales La señal digital no puede tomar cualquier valor respecto al tiempo, en su lugar puede adoptar dos estados posibles: alto y bajo. Las señales digitales son comúnmente referidas a las especificaciones TTL (Transistor-to-Transistor Logic), que determinan el estado bajo de la señal para valores entre 0 – 0.8 Volts, y estado alto entre 2 – 5 Volts. El rate o tasa de cambio de una señal digital define los cambios de estado respecto al tiempo. A diferencia de la frecuencia, el rate de una señal digital establece cuan a menudo se presenta una porción de la señal.

4.2.2 Acondicionamiento de señal El acondicionamiento de señal es la etapa encargada de filtrar y adaptar la señal proveniente del transductor a la entrada del convertidor analógico / digital. Esta etapa es imprescindible cuando el sistema DAQ se desempeña en un ambiente ruidoso, al interactuar con grandes voltajes, ante la presencia de picos extremos o en la medición simultánea de señales. El acondicionamiento de señal maximiza la precisión del sistema pues permite a los sensores operar correctamente y garantiza protección al equipo.

4.2.3 DAQ hardware El DAQ hardware actúa como interfaz entre la computadora y el mundo exterior. Su función primaria consiste en digitalizar señales analógicas (conversión analógica-digital), para que puedan ser interpretadas por la PC. Para ello combina operaciones analógicas, digitales y de cuenta. El convertidor Analógico / Digital es un sistema que presenta en su salida una señal digital a partir de una señal analógica de entrada, normalmente de tensión, realizando las funciones de cuantificación y codificación. La cuantificación implica la división del rango continuo de entrada en una serie de pasos, de modo que para infinitos valores de la entrada la salida sólo puede presentar una serie determinada de valores. Por tanto la cuantificación implica una pérdida de información que no se puede obviar. La codificación es el paso por el cual la señal digital se ofrece según un determinado código binario, de modo que las etapas posteriores al convertidor puedan leer estos datos adecuadamente.

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El mercado ofrece distintas plataformas para la adquisición de datos: � Dispositivos PCI DAQ (para desktop) PC de escritorio � Dispositivos PXI/Compact PCI, para aplicaciones más robustas de testeo y

automatización � La plataforma Compact Field Point , con Ethernet communication, para mediciones

distribuidas � Dispositivos PcCards para PCMCIA y USB, para laptops, Handhelds o PDAs El hardware de medición es el componente que convierte la PC en un sistema de registro de datos. Algunas características que debe cumplir el hardware de medición incluye: � Alta integración de componentes diseñados para que trabajen en conjunto � Sistema modular que permita rápida expansión o modificación � Hardware que soporte varias opciones de tipos de sensores, número de canales y

tipos de conectores � Especificaciones detalladas de precisión y calibración que le permitan verificar la

calidad de sus datos Los componentes de hardware deben ser seleccionados contemplando los requerimientos de la aplicación y asegurando sus especificaciones sean compatibles con el sistema y sus necesidades.

4.2.4 Driver Software y Software de aplicación

El software integra los transductores, el acondicionamiento de sus señales, el hardware DAQ y la PC en un sistema completo y funcional de adquisición, análisis y presentación de datos. Debido a que las tarjetas de inserción DAQ no tienen display, el software es la única interfaz del sistema con el usuario. El driver software conforma la plataforma intermedia entre el software de aplicación y el hardware. Permite programar directamente los registros del DAQ hardware gobernando su operación e integración con los recursos de la computadora, como ser el procesador de interrupciones, DMA y memoria. Además provee una interfaz sencilla de manejar evitando al programador la tarea de realizar programación en el nivel de registro y el manejo de comandos complicados con el fin de acceder a las funciones del hardware. De esta forma disminuye la posibilidad de errores en la programación y reduce drásticamente el tiempo de elaboración de un sistema DAQ. El software de aplicación agrega la capacidad de análisis y presentación al driver software. Para elegir el software de aplicación apropiado, se debe evaluar la complejidad de la aplicación y el tiempo disponible para desarrollar la aplicación.

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4.3 Componentes. Criterios de selección y especificaciones técnicas

Las características de la aplicación y la metodología de medición establecida determinan la tecnología a ser empleada. Se detalla a continuación la selección de componentes que conforman el prototipo de medición propuesto, y sus especificaciones técnicas.

4.3.1 Odómetro Digital Los detectores electrónicos cubren una gama de aplicaciones inalcanzable para los detectores electromecánicos, como por ejemplo: detección de piezas que pasan a gran velocidad, detección de objetos a distancia, etc. Los detectores fotoeléctricos son ampliamente utilizados por su gran rendimiento luminoso, su insensibilidad a los choques y a las vibraciones, resistencia a las temperaturas extremas y gran velocidad de respuesta. La parte operativa del sensor es la encargada de la detección de la señal. El elemento emisor consiste en un diodo electroluminiscente (led infrarrojo) que transforma la señal eléctrica de excitación en una señal luminosa que será emitida hacia el reflector. El elemento receptor fotosensible es el encargado de captar la señal luminosa que proviene del emisor y transmitirla a la etapa de tratamiento de la señal. La parte de comando del sensor convierte la señal luminosa recibida en una señal de salida eléctrica digital o analógica, lista para ser enviada al módulo de procesamiento o sistema de control. 4.3.1.1 Especificaciones técnicas Se ha optado por la utilización de un sensor fotoeléctrico de la marca Schneider, Modelo Osiris 18, Tipo reflex. Su encapsulado es metálico y cuenta con un led para la indicación del estado en la salida. Grado de protección IP 67 (conforme IEC 529). [19] 4.3.1.2 Sistemas de detección reflex El emisor y el receptor están incorporados dentro del mismo receptáculo. Este modelo de detección es utilizado generalmente para corto o mediano alcance y sobre todo cuando es difícil el montaje del receptor y emisor por separado. La detección será efectiva cuando el haz luminoso sea interrumpido entre el sensor y el reflector (Dark Switching) o bien, cuando se haga variar la intensidad del haz luminoso que envía el emisor (Light Switching). El retorno del haz emitido se realiza por medio de una cinta reflectante ubicada en la cubierta del automóvil, mientras que el sensor fotoeléctrico se sujeta a la estructura metálica del automóvil a través de acoples magnéticos. Distancia máxima de detección El componente seleccionado especifica un alcance de 4 m para una temperatura de 20ºC, y en el mejor de los casos especifica un alcance máximo de 5 metros. La zona útil es la zona sensible del detector, cualquier objeto suficientemente reflectante que penetra en ella, hará conmutar la salida.

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Figura 4.4: Distancia máxima de detección del sensor fotoeléctrico

La zona ------ indica la tolerancia de posicionamiento del reflector. La zona representa la zona útil del sistema. Señales de Salida

En las etapas de salida de los detectores electrónicos, podemos encontrar equipos con salida a cable, a conector o a bornera. El modelo escogido por la aplicación utiliza un conector tipo M12, y se encuentra protegido contra cortocircuitos. La señal de salida del detector es de Tipo 3 hilos: � 2 hilos para alimentación (+) y (-) del aparato � 1 hilo para la transmisión de la señal de la salida Los límites de alimentación, mínimo y máximo, es de 10 a 30 Vcc. La tensión de alimentación que se obtiene a través del encendedor del auto es de 12 Vcc, por tanto el dispositivo puede funcionar perfectamente. Frecuencia de Conmutación La frecuencia de conmutación que especifica el catálogo, frecuencia máxima admisible por el detector, corresponde a la velocidad máxima de apariciones y desapariciones del objeto de detección dando lugar a señales de salida activadas o no del detector. Si se supera esta frecuencia, el detector permanece bloqueado (las salidas estarán activadas aún cuando el objeto se haya alejado del detector). La frecuencia de conmutación máxima es de 500 Hz correspondiente a una señal cuyo período es de 2 mseg.

Figura 4.5: Frecuencia de conmutación del sensor fotoeléctrico

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4.3.1.3 Reflector El reflector está compuesto por numerosos triedros trirrectángulos de reflexión total, cuya propiedad es la de reenviar todo rayo luminoso que incida sobre él, en la misma dirección Cuando se emplea un detector reflex para cortas distancias, el receptor ha de ser de grandes triedros.

Figura 4.3: Detector tipo reflex

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4.3.2 Luxímetro

El mercado ofrece distintos tipos de marcas y modelos para la medición de iluminancia donde la calidad de prestación y presentación siempre van acompañadas de un considerable incremento del costo respectivo. Para la medición de iluminancia en lugares de difícil acceso, donde el uso de un luxímetro convencional no puede resolver el problema que plantea, se recurre a modelos que utilizan un mini-receptor (diámetro aproximado de 14 mm), que se conecta al cuerpo del instrumento a través de un cable que en la mayoría de los casos no supera 1 m. Encontramos también mini-receptores y cables a prueba de agua para la medición de iluminancia destinados a aplicaciones muy específicas relacionadas a productos de la industria marina, como ser el cultivo de peces, etc., o simplemente para realizar mediciones bajo lluvia. En estos modelos podemos encontrar cables de mayor extensión (5 m a 10 m).

Selección de componentes Una de las características principales que determina el diseño de la aplicación es la ubicación de la célula fotoeléctrica sobre el techo del automóvil. Esto implica condiciones de riesgo para el instrumento como así también inconvenientes de accesibilidad. Se ha elegido el modelo T-10 de la marca Minolta que ofrece una excelente flexibilidad para la realización de mediciones a distancia. [20]

Especificaciones técnicas A través de los adaptadores T-A20 y T-A21, este modelo soporta una configuración tal que es posible separar el cabezal de medición del cuerpo principal. El cable que une el elemento sensor con el receptor es de tipo LAN y puede tener una extensión de hasta 10 metros. Por otra parte este tipo de conexión ofrece una funcionalidad extendida de gran utilidad denominada “multi-point”. Gracias a esta configuración, el instrumento es capaz de realizar múltiples mediciones puntuales (pueden conectarse hasta 30 receptores), con la utilización de un único luxímetro. Cada cabezal dispone de dos selectores rotacionales para la identificación respectiva. Debido a que cada cabezal debe ser alimentado constantemente durante la medición multi-point, es necesaria la utilización de una fuente de alimentación de 9 V. Los modos de medición diferencial e integracional son seteados para cada receptor en particular. En el caso particular de nuestra aplicación el ancho del techo del automóvil determina la utilización de un solo sensor.

Figura 4.6: Conexión multipoint

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Respuesta Espectral Relativa

Idealmente, la respuesta espectral relativa de un luxímetro debe ajustarse a la eficiencia

luminosa espectral V ( λ ) del ojo humano para visión fotópica.

La CIE define el grado para el cual la respuesta espectral relativa se ajusta a V (λ) a

través del error f1. Para el caso del luxímetro Minolta modelo T-10 el valor

correspondiente es de 8 %.

Figura 4.7: Respuesta espectral relativa definida por la CIE

Ajuste de cero El ajuste de cero se realiza automáticamente cada vez que se enciende el luxímetro. Esta calibración se realiza eléctricamente por lo cual no es necesario colocar ninguna tapa sobre la célula fotoeléctrica. Durante este proceso el display indica la palabra “CAL”, y una vez concluido, el equipo está en condiciones de medir según la unidad de medición seleccionada (lux/fcd).

Corrección de Coseno Debido a que la luminosidad del plano de medición es proporcional al coseno del ángulo con que la luz incide, la respuesta del receptor también debe ser proporcional al coseno del ángulo de incidencia. La figura 4.8 muestra las características de corrección de coseno del luxímetro Minolta T-10, mientras que la tabla 4.1 muestra el error de coseno respecto al ángulo de incidencia.

...... Eficiencia luminosa espectral V (λλλλ)

-------- Luxímetro Minolta T-10

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Angulo de incidencia Error Coseno

10° ± 1 %

20º ± 1.5 %

30° ± 2 %

40º ± 3 %

50° ± 4 %

60° ± 5 %

70º ± 8 %

80° ± 20 %

Tabla 4.1: Corrección de coseno del ángulo de incidencia

Figura 4.8: Luxímetro Minolta T10. Características de corrección de coseno.

Rango El rango de medición cambia automáticamente durante la medición, dentro de los 5 rangos disponibles que se muestran en la tabla 4.2. Esta tabla también muestra los rangos de medición disponibles que pueden ser seteados en forma manual cuando la salida analógica es utilizada para la medición de iluminancia en forma continua.

...... Curva ideal

----- Luxímetro Minolta T-10

Tabla 4.2: Rangos de medición seteados en forma manual y automática

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Salida analógica

El dispositivo entrega una tensión analógica de salida, proporcional a la iluminancia medida. Esta salida se encuentra ubicada en el cabezal de medición. El nivel de la salida analógica de este instrumento es de 1 mV por dígito correspondiente a una cuenta en el display, y la tensión analógica máxima de salida es de 3 V (3,000 mV), independientemente del rango seleccionado en la medición. La tabla 4.3 muestra la relación de los rangos de medición versus los valores de tensión de salida analógica.

Tabla 4.3: Relación de rangos de medición vs. valores de tensión de salida analógica.

4.3.3 DAQ Hardware

Criterios de Selección Se ha optado por la tarjeta de adquisición de datos DAQ Card 700 de la marca National Instruments, con conector I/O de 50 pines. [21] Esta tarjeta posee un conversor analógico digital de aproximación sucesiva de 12 bits, con 16 entradas analógicas (modo single-ended), u 8 entradas (modo diferencial), y 8 entradas de tipo digital.

Especificaciones técnicas Entrada Analógica Todas las entradas single-ended tienen como referencia un punto común de masa. Estas entradas son generalmente usadas cuando las señales de entrada son de tipo nivel alto (superior a 1 V), o cuando la distancia desde la fuente de señal hasta la entrada analógica del hardware es corta (inferior a 4.6 m). [22] Frecuencia de muestreo Este parámetro determina cuan a menudo se produce una conversión. Una frecuencia de muestreo alta adquiere mas puntos en un tiempo dado, y puede en consecuencia, obtener una mejor representación de la señal original.

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La tarjeta Daq Card 700 tiene una frecuencia de muestreo máxima de 100 KS/s, lo que equivale a 100 muestras por mseg. Multiplexado Una técnica usual para medir varias señales a través de un solo conversor ADC es el multiplexado. Debido a que el conversor está muestreando varios canales en lugar de uno solo, el rate efectivo de cada canal es inversamente proporcional al número de canales muestreados. Por ejemplo, para una tarjeta con un sampling de 1MS/s sobre 10 canales, muestreará cada canal a:

Resolución El número de bits que el DAC utiliza para representar la señal analógica se denomina resolución. Cuanto más alta sea la resolución, mas elevado será el número de divisiones en que el rango será dividido, y en consecuencia se detectará un menor cambio o salto de tensión en la señal de entrada. La tarjeta DAQ Card 700 utiliza un conversor A/D de 12 bits de aproximación sucesiva. Rango El rango se refiere al nivel de voltaje máximo y mínimo que el DAC puede cuantizar.

La Pc Card 700 dispone de tres rangos seleccionados a través del software: ±10 V; ± 5 V

y ± 2.5 V. El rango, resolución, y ganancia disponible en una tarjeta DAQ, determinan el cambio de tensión detectable más pequeño. Este salto de tensión representa 1 LSB del valor digital, y es usualmente denominado “code width”. El code width ideal se calcula de la siguiente forma:

DNL DNL es una medida en LSB del peor caso de desviación del code witdh respecto de su valor ideal 1 LSB. Una tarjeta DAQ ideal tendría un DNL de 0 LSB. Este dato es importante porque un pobre DNL reduce la resolución de la tarjeta.

En el caso de la DAQ Card 700 esta especificación es de: ± 0.5 LSB typ, ± 1 LSB max.

Code Width = Rango de tensión

Ganancia x 2 Nro bits

4.3.3. - 1

4.3.3. - 2

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Precisión relativa El Driver Software de la tarjeta traducirá el valor de código binario del conversor en una tensión, por medio de una constante que la multiplica. Una buena precisión relativa es importante porque asegura que la traducción del código binario del DAC al valor de tensión sea precisa. La especificación de este parámetro para la tarjeta DAQ Card 700 es de: 1LSB typ, 1.5 LSB max.

Ruido Cualquier señal no deseada que aparece en la señal digitalizada de la tarjeta es ruido. Debido a que la PC es un ambiente digital propenso a los ruidos, el diseño multicapa de las tarjetas de adquisición de datos es de extremo cuidado. A través de las gráficas de ruido se pueden determinar dos cualidades de una Tarjeta DAQ: Rango del ruido y su distribución, que generalmente es gausiana. Las especificaciones del ruido del sistema para la tarjeta DAQ Card 700 es de: 0.5 LSB

rms para un rango de ± 5V.

4.3.4 Software Criterio de selección El software escogido debe ser compatible con el hardware y debe de proveer las herramientas necesarias para su configuración y calibración. Una alternativa para programar el DAQ hardware es mediante un software de aplicación, el cual agrega recursos de análisis y presentación al driver software. National Instrument ofrece como alternativa al tradicional lenguaje de programación C su software de aplicación LabWindows/CVI y LABVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench), con una metodología gráfica de programación para desarrollar aplicaciones de instrumentación, adquisición y control. [23]

Especificaciones técnicas

Panel frontal Debido a la similitud con a los paneles frontales de instrumentos reales, los programas realizados en base al software Labview reciben el nombre de instrumentos virtuales. En correspondencia con los instrumentos reales, se adjudica el término “controles” a las variables de entrada introducidas a través del panel frontal, mientras que las señales de salida que provienen del diagrama de bloque se denominan “indicadores”. El panel frontal es la interfaz interactiva usuario-computador donde se encuentran los controles que permiten la operación del equipo y todos los indicadores que muestran los resultados de la medición. [24] Los elementos que incluye son: � Botones de comando � Ingreso de variables: Radio de sensor, Eo, Guardar como.... � Indicadores numéricos y gráficos

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Diagrama en bloques

Es la ventana donde se trabaja a partir del código fuente. El lenguaje de programación gráfico permite la interconexión de los terminales correspondientes a los controles ubicados en el panel frontal y los bloques de procesamiento. La conexión se realiza a través de cables que determinan el flujo de datos dentro del diagrama diseñado. Los componentes del diagrama representan nodos de programación; loops, estructuras, funciones aritméticas, etc. A través de las paletas de control y función, el diseñador encuentra un amplio rango de objetos disponibles para la creación de diferentes aplicaciones. Dentro de sus funciones se destaca: � Programación de tarjeta de adquisición de datos DAQ Hardware � Bloque de adquisición de datos � Bloque de procesamiento y cálculo Emed, Emax, Emin, G1, G2, FM � Confección de planilla Excel para el registro de datos y resultados de la medición

4.3.5 Diseño de interfaz gráfica con el usuario En el caso de productos informáticos, la interfaz no sólo comprende el programa o lo que se ve en la pantalla. Desde el momento que el usuario abre la aplicación, comienza a interactuar con el producto y por lo tanto, comienza su experiencia. El diseño de interfaces y su lenguaje asociado, juega un papel cada vez más importante en aplicaciones tanto nuevas como tradicionales, debido a la disparidad de usuarios, lenguajes, aplicaciones y la velocidad con que todos estos factores cambian. Actualmente, hasta el 45% del código de una aplicación está dedicado a la interfaz. Aumentar los recursos destinados al desarrollo de la interfaz es una excelente inversión, teniendo en cuenta la relación costo/beneficio medible y segura, aún sin tener en cuenta los beneficios no mensurables en términos de dinero, como el aumento de la satisfacción. El diseño de interfaces es una disciplina que estudia y trata de poner en práctica procesos orientados a construir la interfaz más usable posible, dadas ciertas condiciones de entorno. Definimos la usabilidad de un sistema o herramienta, como una medida de su utilidad, facilidad de uso, facilidad de aprendizaje y apreciación. El peso relativo de cada una de estas medias está relacionado con el usuario, la tarea y el contexto del entorno. Por ejemplo, la facilidad de aprendizaje puede ser crucial para un producto y poco importante en otro. [25]

Figura 4.9: Usabilidad de un producto – Diseño de interfaz gráfica

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Utilidad: Es la capacidad que tiene una herramienta para ayudar a cumplir tareas específicas. Facilidad de uso: Está en relación directa con la eficiencia o efectividad, medida como velocidad o cantidad de posibles errores. Una herramienta muy fácil de usar, permitirá a su usuario efectuar más operaciones por unidad de tiempo (o menor tiempo para la misma operación) y disminuirá la probabilidad de que ocurran errores. Ninguna herramienta o sistema es perfecto, pero una alta probabilidad de error puede llegar incluso a derivar en una imposibilidad de uso por falta de calificación. Facilidad de aprendizaje: Es una medida del tiempo requerido para trabajar con cierto grado de eficiencia en el uso de la herramienta, y alcanzar un cierto grado de retención de estos conocimientos luego de cierto tiempo de no usar la herramienta o sistema. Apreciación: Es una medida de las percepciones, opiniones, sentimientos y actitudes generadas en el usuario por la herramienta o sistema; una medida, si se quiere, de su seducción o elegancia.

4.3.5.1 Diseño de pantalla de la aplicación “LuxMóviL”

Las convenciones culturales y la apreciación estética, junto con los factores humanos y la ergonomía, pueden potenciar o desalentar el uso y la venta de un sistema o herramienta. Dentro del diseño de interfaces, las ciencias cognitivas juegan un papel preponderante y han sido desde el comienzo, uno de los pilares del área. Las ciencias cognitivas estudian los procesos de la mente humana: cómo aprendemos, cómo recordamos, cómo procesamos la información y qué hacemos con ella. Es muy importante, cuando se analiza la relación ente un usuario y una tarea, comprender cuáles son los procesos internos del usuario, actitud, modelos mentales, etc. La figura 4.10 muestra el diseño de interfaz del prototipo diseñado.

Figura 4.10: Pantalla de presentación del diseño de interfaz

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Botones de comando

Este grupo de botones permite comandar la operación del instrumento, estableciendo el inicio y final de la adquisición de datos. La activación del comando INICIO permite dar comienzo a la lectura de los indicadores de tiempo real, como así también, determina el inicio de la representación gráfica en el display. La activación del comando STOP determina el final de la prueba entregando en forma instantánea los resultados de la evaluación. La activación de este comando permite mostrar en forma indeterminada los resultados de la medición. En esta condición, el operador puede realizar una evaluación primaria de los resultados, como así también recorrer el histograma de la representación gráfica en el display. La activación del comando Pausa provoca un bloqueo momentáneo en la adquisición de las señales de entrada, la desactivación del mismo reanuda la medición en forma instantánea, respetando las variables de ingreso previamente establecidas. La forma, tamaño y color de estos botones adopta el diseño y convencionalismo seguido en la mayoría de los instrumentos reales. La acción mecánica de los botones de comando se reinicializa a los estados seteados por defecto, indicados en la figura 4.9, en el momento de inicio de cada nueva medición. Controles para el ingreso de variables Comprende el conjunto de variables a ser ingresadas en el momento previo a la medición. El operador no precisa efectuar cálculo alguno, pues estos valores son establecidos durante la planificación de las tareas de inspección. Eo: Representa el valor medio inicial de la instalación. El equipo de medición toma este valor como referencia para el cálculo del Factor de Mantenimiento. Este valor puede ser determinado a partir de una instalación de reciente inauguración o a través de un software de diseño que reproduzca los mismos parámetros y componentes de la instalación evaluada. Esta situación será contemplada en el capítulo 6.2 correspondiente a las mediciones de campo efectuadas sobre distintas vías de transito de una ciudad. En el caso de omitir la introducción de este parámetro, el indicador numérico correspondiente al FM expresará el siguiente mensaje de error: “NN”, advirtiendo al operador la omisión producida. Radio sensor: En el capítulo 3.5 se estudió en detalle la importancia de este factor, ya que permite fijar los parámetros de muestreo en la medición, como así también, contribuye a determinar la distancia recorrida por el móvil. Franja horaria: En el capítulo 3.2.1 se estableció la necesidad de considerar el efecto de la variación de la tensión de red sobre la medición. Para ello se dispone un menú de 6 franjas horarias que pretende acotar este fenómeno inherente a toda instalación de alumbrado vial. Ida/Vuelta: Este comando permite referenciar el inicio de la medición a un mismo punto de partida cuando se realizan registros en calles o avenidas con doble sentido de circulación de tránsito. Guardar como ...: Este control permite ingresar el nombre de la planilla de cálculo Excel que almacena el valor de los parámetros relevados y el resultado de los cálculos de interés. Usualmente debe especificar el nombre de la calle y numeración correspondiente

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al tramo evaluado, de tal forma que facilite el posterior procesamiento de la base de datos. Pantalla de datos adquiridos Esta gráfica permite observar en tiempo real el comportamiento de los datos adquiridos en función del tiempo. Conforma un histograma de las mediciones efectuadas. El usuario puede efectuar diversas funciones como; hacer zoom sobre un elemento en particular, manipular las gráficas, corregir la escala de amplitud, etc. Indicadores de resultados Este conjunto de indicadores muestra los resultados obtenidos una vez finalizada la medición, así como también la indicación en tiempo real de los valores correspondientes a la iluminancia, distancia y grilla de medición. Ubicado en la franja central izquierda de la pantalla, la disposición de los valores medidos en tiempo real es la mostrada en la figura 4.10. La presentación de los resultados finales correspondiente al valor medio de los datos adquiridos y el eventual Factor de Mantenimiento o Factor de Ganancia, cuyo texto se presenta a través de un mismo indicador según sea el resultado de la evaluación, se encuentran ubicados en el sector central de la pantalla debido a su alto orden de importancia. El resumen de los valores máximos y mínimos de la medición conjuntamente con los valores de uniformidad se ubica a la izquierda de la parte central.

4.3.5.2 Diseño de pantalla de la aplicación “LuxManuaL” El diseño de este programa esta basado en la metodología de medición manual que permite adquirir datos en forma puntual sobre la curva iluminancia de interés. Este sistema de medición resulta necesario para la implementación de los ensayos de campo que se realizarán en el capítulo 5, puesto que resulta necesario comparar los valores puntuales con los correspondientes datos adquiridos en forma dinámica. El diseño de la pantalla de presentación guarda los mismos principios de operación y presentación de resultados a los establecidos en el programa “LuxMóviL”, diferenciándose por su mecanismo de toma de muestras a través de un pulsador.

Figura 4.11: Diseño de interfaz gráfica del programa LuxManuaL

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Además incorpora un nuevo comando denominado “Formato” que permite registrar los datos adquiridos en forma longitudinal o transversal al eje longitudinal de la calzada. Este comando presenta dos opciones: Lineal: Esta configuración permite registrar los datos en sentido longitudinal al eje de la calzada, y representa el mismo formato que utiliza el programa “LuxMóviL”. Ver tabla 4.4a Rejilla: Esta configuración permite registrar los datos en sentido transversal guardando relación con las técnicas de medición manual sobre una cuadrícula. Ver tabla 4.4b La variable de ingreso “Nº Columnas” es un control del panel frontal que determina el número de muestras que se tomará a lo ancho de la calzada. Mientras que “Fila” es un indicador determinado automáticamente en función del número de columnas seleccionadas y el número de muestras registradas.

A B C

1 Nº Muestra E

2 1 28.5

3 2 31.4

4 3 36.8

5 4 44.1

6 5 50.4

7 6 62.8

8 7 51.7

9 8 43.5

10 9 38.9

11 10 29.5

12

13

A B C D

1 Nº Fila Columna 1 Columna 2 Columna 3

2 1 39.8 32.3 26.8

3 2 45.2 43.5 32.8

4 3 54.4 55.4 38.9

5 4 79.5 65.4 49.2

6

7

Tabla 4.4 a y 4.4b: Formato lineal y rejilla de los datos adquiridos en forma manual

4.3.5.3 Planilla de cálculo Excel Este formato de planilla conforma una herramienta muy valiosa para el registro de los valores obtenidos en la medición. Las herramientas de software permiten diseñar un formato de planilla ajustado a cada necesidad. La figura 4.10 muestra el diseño de la planilla de cálculo que se obtiene al cabo de cada medición. Cada dato adquirido, se ubica automáticamente en un sistema que emplea como referencia; columnas y filas. Cabe consignar que el diseño contempla no solo el registro de los datos adquiridos y los resultados determinados en la medición, sino además, permite el registro de todas las variables de ingreso introducidas al sistema por parte del operador.

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Es importante destacar la influencia que determina el control Guardar como .... en la conformación de la planilla y en el tiempo de operación del equipo. La persona a cargo del procesamiento de datos es quien define los pasos a seguir en las mediciones de campo realizadas por el personal técnico responsable. El analista diseña según sus criterios el registro de los datos que finalmente procesará. El diseño de software contempla una situación particular que probablemente afecte el tiempo de duración total de la muestra, mereciendo la siguiente consideración: Cuando se desee relevar tramos cortos dentro de una misma instalación, por ejemplo cada 150 m, no es necesario que el operador identifique cada tramo con un nombre particular, porque dicha tarea demandaría un tiempo mínimo de 2 a 3 minutos, entre una muestra y otra. En este caso se recomienda realizar todas las mediciones bajo un mismo nombre de archivo. Todas las mediciones que se realizan bajo un mismo nombre, se registran y graban en forma consecutiva dentro de una misma planilla de cálculo Excel, ver figura 4.12.

Esta circunstancia permite eliminar el tiempo de espera entre muestras y permite al analista interpretar rápidamente los resultados de la medición. Excel cuenta con importantes herramientas de cálculo para efectuar análisis estadístico y representaciones gráficas de distinto tipo. La figura 4.13 muestra la representación gráfica típica de una instalación a partir del procesamiento de datos obtenidos.

Figura 4.12: Diseño de planilla de cálculo para la adquisición de datos

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Figura 4.13: Representación gráfica de los datos adquiridos

4.4 Conclusiones del capítulo El presente capítulo reune las especificaciones técnicas de los componentes seleccionados para la implementación del sistema de adquisición de datos que pretende cumplir con las pautas establecidas por la metodología propuesta. Lista de componentes y elementos del equipo de medición: � Sensores

Sensor fotoeléctrico marca Schneider, modelo Osiris 18, Tipo reflex. Luxímetro marca Minolta, modelo T-10 con módulos de adaptación T-A20 y T-A21 para cabezal óptico.

� Software de programación

LABVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) � Tarjeta de adquisición de datos

DAQ Card 700 marca National Instruments, con conector I/O de 50 pines.

� Conversor de tensión 12 Vcc-220 Vca

� Otros

Acoples magnéticos Soporte sensor fotoeléctrico Conector de alimentación al encendedor provisto por el móvil

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

750 775 800 825 850 875 900 925 950


Iluminancia [lux]

Medición 1

Calle Bernabé Araoz

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Figura 4.14: Vistas del prototipo final

En primer lugar, se establecieron las ventajas del equipo de medición sobre los sistemas convencionales de medición basados en Data Loggers. El diseño del prototipo conforma un sistema de adquisición de datos en tiempo real basado en un lenguaje de programación gráfica que permite integrar todos los recursos de hardware y transforma a la PC en un sistema completo y funcional de adquisición, análisis y presentación de datos. Labview tiene la facultad de simular tanto en apariencia como en funcionamiento a un instrumento real por lo que sus aplicaciones cobran el nombre de instrumentos virtuales. El sistema de programación utilizado permite minimizar el tiempo de desarrollo de las aplicaciones en comparación con lenguajes de programación tradicional basados en textos. La sección 4.3.5 se refiere al diseño de interfaz gráfica que permite la interacción del hombre con la máquina. El diseño de la interfaz comprende un proceso iterativo de mejora continua hasta alcanzar la versión del prototipo final, por lo que se espera someter al equipo a un conjunto de pruebas y testeos de laboratorio y campo, que permitan corregir aquellos aspectos que no han sido contemplados en la etapa de diseño. Las planillas de cálculo Excel conforman la herramienta ideal para el almacenamiento de datos adquiridos. Sus facultades de procesamiento analítico/gráfico son de fácil dominio y permiten un manejo estructurado de la información dentro de bases de datos que pueden ser diseñadas según las necesidades de cada aplicación.


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4.15 b: Planilla de almacenamiento Excel 4.15 a: Pc Portátil

4.15c: Pantalla de interfaz LuxMóviL 4.15d: Pantalla de interfaz LuxManuaL

Herramientas del Sistema de Medición

4.15e: Curva Fotométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

480 530 580 630 680 730 780 830 880 930


Iluminancia [lux]

Medición 1 Medición 3 Medición 2Calle Bernabé Araoz

4.15e: Niveles de iluminancia 4.15f: Mapa lumínico

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Ensayos del equipo de medición Capítulo 5

5.1 Errores en la medición

5.2 Pruebas y testeo del equipo

5.2.1 Ensayos en avenidas

5.2.2 Ensayos en calles

5.2.3 Observaciones

5.3 Ensayos de campo

5.3 Ajuste de los ensayos

5.4 Ensayo ancho de cinta reflectante

5.4.1 Diseño del ensayo

5.4.2 Procesamiento y análisis de resultados

5.5 Ensayo de velocidad



5.6 Ensayo de repetitividad



5.7 Determinación de la tolerancia del error en la medición


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5.1 Errores en la medición El capítulo 4.2 describe los distintos procesos que conforman un sistema de adquisición de datos en tiempo real. El proceso comienza con el sensado y transducción de las variables físicas de interés, hasta la obtención de una representación en formato digital de dicho valor, capaz de ser manipulado y almacenado por el software del sistema. El presente capítulo estudia en detalle el conjunto de errores que intervienen en la medición. La siguiente ecuación muestra la suma de errores que intervienen en la medición.

Etot = Esist.adq.datos + Emetodología + Ealeatorios 5.1 - 1

Esist.adq.datos = Eluxímetro + Eadquisición 5.1 - 2

Emetodología = Einteracción + Ecinta + Etrayectoria 5.1 - 3

Ealeatorios = Alumbrado comercial + Variación del nivel de tensión de red + Factores climáticos y ambientales 5.1 - 4

Error del Luxímetro: La especificación de la hoja de datos del Luxímetro Minolta T-10 establece un error de % 2 a plena escala. (Ver hoja de especificación en el Anexo III). Error en la adquisición: Se refiere al error que introduce el proceso de adquisición de la señal transducida; acondicionamiento; conversión analógica-digital, hasta la presentación final en la interfaz con el usuario. Error de metodología: El sistema de adquisición lleva asociado intrínsecamente una metodología de medición específica para el registro de los niveles de iluminancia. Este conjunto de errores tiene como fundamento la adquisición de datos en condición de movilidad. Error de Interacción: Al operar el instrumento se introduce el tiempo de reacción del observador (que es del orden de la apreciación). Se podría argumentar que el error de reacción obra siempre en el mismo sentido, sumándose al tiempo medido, y se compensará para un determinado lapso. Sin embargo, esto solo es estrictamente cierto cuando la señal que indica el comienzo o la finalización del lapso que se mide es sorpresiva, no esperada por el observador. En caso contrario el observador puede detener la medición ANTES y no es posible determinar a priori si el tiempo de reacción se suma o se resta al valor de la medición (situación que se da generalmente en trabajos en los que se utiliza un cronómetro, o el paso de un móvil frente a un índice). Cuando el inicio de la medición se realiza con el auto en movimiento, resulta imposible determinar el momento de disparo puesto que involucra la apreciación subjetiva del operador.

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El error de interacción lleva a un límite teórico insalvable: No se puede medir sin perturbar. [26] Error de cinta: Este error se refiere a la ubicación de la cinta con respecto al sensor fotoeléctrico en el momento de inicio de la medición. Cuando el inicio de la medición se realiza con el auto en movimiento, es imposible predecir la posición de la cinta respecto al sensor.

La figura 5.1a representa la situación en la cual la cinta coincide con el sensor en el momento de disparo, por lo tanto el error introducido es nulo.

d Ps

Figura a

Figura b

Inicio medición

d Ps

xo

Figura 5.1 a y b: Conformación del pulso digital

- 90 -


La figura 5.1b representa la situación por la cual el sistema es disparado cuando la señal digital se encuentra en estado “bajo”.

En el peor caso, el error xo corresponde al ancho del pulso bajo. Por lo tanto el error introducido por la ubicación de la cinta respecto al sensor, en el momento de inicio de la medición, es inferior al valor de grilla que determina Ps. Error de trayectoria: La metodología de medición establece que el móvil circule por el centro del carril sobre el cual se encuentran ubicadas las luminarias. Este error considera el apartamiento de la trayectoria respecto a la línea longitudinal al eje de la calzada establecida como eje de medición. Errores aleatorios: Son producidos por causas fortuitas, varían al azar y por ello se producen tanto en un sentido como en el otro y no siempre con el mismo valor absoluto. Se han identificado tres errores de carácter aleatorio que pueden influir en la medición:

� Factores climáticos y ambientales

� Alumbrado comercial

� Variación del nivel de tensión de alimentación

Factores climáticos y ambientales: Una instalación de alumbrado vial diseñada para cumplir con los mínimos requerimientos de calidad bajo condiciones meteorológicas normales, podría resultar peligrosa desde el punto de vista visual debido a la presencia de lluvia o niebla. La cuestión acerca de cuáles son exactamente los parámetros de calidad a tener en cuenta durante condiciones de mal tiempo esta siendo investigada, así como también el problema del diseño de una instalación de alumbrado apta para todas las condiciones meteorológicas posibles. Por ahora solo es posible reseñar brevemente aquellos factores más importantes presentes en la determinación calidad de una instalación de alumbrado vial bajo condiciones meteorológicas adversas, como así también sugerir lineamientos prácticos para conseguir un buen alumbrado bajo un mal tiempo. La pobre visibilidad que sobreviene bajo la presencia niebla en una vía iluminada puede atribuirse a la luz que esta siendo absorbida y dispersada por las minúsculas gotitas de vapor de agua suspendidas en la atmósfera. Parte de la luz se pierde, y algo de ella se refleja hacia el observador en la forma de un velo brillante de niebla que enmascara los detalles de la calzada. En iluminación vehicular este efecto se conoce como “pared blanca”. [27] Alumbrado comercial: La abundancia de carteles luminosos colocados en las principales arterias comerciales de una ciudad determina un aporte difícil de predecir sobre instalaciones de alumbrado urbano. El estudio mencionado como antecedente en el capítulo 1.5.1, establece la influencia de este factor en la uniformidad longitudinal sobre la calzada de distintas vías de tránsito de la ciudad de Rouen, Francia. Ver figura 5.2.

- 91 -


La clasificación de caminos internos de la ciudad en este estudio esta basada en el tráfico y la actividad local en las calles. Clase 1: Tráfico entrante. Rutas de transición y rutas de tráfico entrante desde áreas

periféricas Clase 2: Tráfico entrante hacia áreas comerciales. Agrupando las principales rutas de

transición comercial. Clase 3: Calles comerciales. Agrupa las principales arterias comerciales del centro de la

ciudad de menor dimensión. Clase 4: Enlace zonas comerciales. Principales arterias comerciales del centro de la

ciudad Clase 5: Enlace zona residencial Clase 6: Enlace calles de zona residencial La uniformidad longitudinal calculada es de 0,6 en promedio, excepto para las calles residenciales, las cuales tienen una uniformidad muy pobre. Las calles comerciales poseen buena uniformidad en la iluminación con una iluminancia media de 30 lux. [3] Variación del nivel de tensión de alimentación: El sistema de alumbrado vial entra en funcionamiento en el pico de la demanda energética de una ciudad originando una disminución de los valores nominales de la tensión de red. A medida que las horas transcurren el efecto se reduce como muestra la figura 5.3. Con el propósito de acotar la incidencia de este factor, se recomienda efectuar las mediciones que evalúan el estado de depreciación de una instalación, siempre dentro de una misma franja horaria.

Clase: 1 2 3 4 5 6

Figura 5.2: Uniformidad Longitudinal sobre la calzada según la clasificación de tipos de calles

- 92 -


Figura 5.3: Variación del nivel de tensión de alimentación

Por ello el diseño de presentación de la interfaz con el usuario muestra un cuadro de diálogo que subdivide el tiempo total de operación de la instalación (aproximadamente 12 hs.), en 6 franjas horarias de 2 hs. cada una. De tal forma, corresponde a los responsables de la planificación de las tareas de inspección, programar el itinerario de inspección de tal manera que las mediciones fotométricas de las distintas instalaciones, sea realizada siempre dentro de la misma franja horaria. [28]

- 93 -


5.2 Pruebas y testeo del equipo

A los fines de observar el funcionamiento y desempeño del equipo en condiciones reales de operación, se dispuso realizar una serie de mediciones de prueba y testeo sobre distintos tipos de sistemas de alumbrado pertenecientes a la ciudad de Buenos Aires. Para la realización de estas pruebas se contó con la colaboración del Dpto. de Alumbrado Público del Gobierno de la ciudad autónoma de Buenos Aires. [29] El resultado de estas experiencias permitieron evaluar la performance del equipo en escenarios reales de operación, como así también, establecer consideraciones respecto al montaje: operación: funcionamiento; procesamiento y registro de datos, diseño de interfaz gráfica y metodología empleada. Las referidas al funcionamiento del equipo contemplan el correcto desempeño de los componentes de hardware seleccionados, alimentación del equipo, acondicionadores de niveles de tensión, interconexión de componentes, etc. En referencia al software, se analiza su funcionamiento en relación con los distintos procesos que intervienen en la medición: adquisición; procesamiento; presentación de resultados; almacenamiento final de datos, puesto que el mismo integra los recursos del hardware y la Pc portátil en un sistema completo y funcional de adquisición, análisis y presentación. Cada uno de estos procesos cumple funciones específicamente encomendadas dentro del sistema de medición: muestreo de señales; conversión A/D; cálculos y algoritmos, indicación numérica y gráfica de resultados, conformación de planilla Excel, etc., que permiten en definitiva cumplir con las necesidades que demanda la aplicación. Considerando que el equipo es un sistema de adquisición de datos en tiempo real, donde el resultado de la medición obtenida en cada instante de muestreo se presenta al usuario en forma instantánea a través de indicadores gráficos y numéricos en la pantalla, resulta de especial interés observar el correcto comportamiento en la indicación de los valores instantáneos y finales, como así también el desarrollo de la curva que se observa en el display a medida que la medición transcurre. Las consideraciones referidas a la operación del equipo se refieren al conjunto de acciones y comandos que permiten al usuario controlar las funciones del equipo. El diseño de la aplicación a través de un programa de instrumentación virtual permite su operación a través de la pantalla de presentación. La confección de una interfaz gráfica es un proceso de diseño que contempla los aspectos mencionados en el capítulo 4.3.5 dentro de un proceso cíclico de diseño-testeo y mejora continua. Por lo tanto, este conjunto de mediciones representa una situación inmejorable para destacar aspectos de diseño que ayuden a mejorar la calidad de presentación en la interfaz gráfica con el usuario.

- 94 -


5.2.1 Ensayos en avenidas Se evalúan dos avenidas que poseen distintas geometrías de instalación y ofrecen características muy particulares en su entorno.

Figura 5.4: Geometrías de instalaciones evaluadas

La avenida Cabildo es una importante arteria comercial del barrio de Nuñez compuesta por una calzada doble con seis carriles de circulación cada una y tráfico en ambas direcciones. Se encuentra iluminada a través de una instalación bilateral pareada que recibe un importante aporte por parte del alumbrado comercial presente a través de innumerables vidrieras y carteles luminosos ubicados a lo largo de su recorrido. La medición fue realizada en la franja horaria comprendida entre las 20:00–21:00 hs cuando la densidad de tráfico alcanza un nivel muy elevado. La geometría de la instalación determina una trayectoria de medición que coincide con el carril de circulación del transporte automotor público y taxis. Las condiciones de circulación vehicular a menudo ofrecen complicaciones, sin embargo, el equipo demostró que puede adaptarse a las condiciones de circulación vehicular que esta vía de tránsito ofrece, realizando la totalidad de sus registros en modo continuo y automático. La Av. del Parque es una vía de tránsito con calzada doble de tres carriles por calzada, circunda un parque ubicado en el barrio de Saavedra. En este caso, la geometría corresponde a una instalación central. La medición fue realizada en la franja horaria comprendida entre las 23:00–24:00 hs con una densidad de tráfico muy baja. Las condiciones de adaptabilidad del sistema de medición respecto a las condiciones de circulación vehicular fueron juzgadas como óptimas. La tabla 5.1 muestra el resultado de las mediciones Av. Cabildo

Emed Emax Emin Distancia Grilla

24.3 61.0 6.8 1021.5 1.5

Av. Cabildo Av. del Parque

- 95 -


Av. del Parque

Emed Emax Emin Distancia Grilla

44.9 93.8 13.7 750 1.5

Tabla 5.1: Registros fotométricos Av. Cabildo – Av. del Parque (Buenos Aires – Nov 2003).

Las figuras 5.5a y 5.5b muestran la representación gráfica de los valores adquiridos durante las mediciones. En las mismas se puede observar la diferencia de amplitud en los niveles alcanzados, debido principalmente a la diferencia del ancho de sus calzadas y la geometría de instalación empleada en cada caso.

5.2.2 Ensayos en calles

La calle Godoy Cruz es una vía de transito que se extiende en forma paralela a una red ferroviaria urbana del barrio de Palermo. Se evalúa una extensión de 900 m de dicha calle, comprendida entre las avenidas Córdoba y Santa Fe. A los fines de realizar una estimación de las condiciones de repetitividad que el equipo ofrece, se dispuso efectuar dos mediciones sucesivas sobre la misma trayectoria. La tabla 5.2 muestra el resultado de las mediciones

Medición 1 Emed Emax Emin Distancia Grilla

112.9 294.4 8.8 900 1.5

Medición 2 Emed Emax Emin Distancia Grilla

111.2 292.5 8.3 900 1.5

Tabla 5.2: Registros fotométricos - Calle Godoy Cruz (Buenos Aires – Nov 2003).

Los niveles registrados son ciertamente elevados para una calle de tipo residencial. Esta razón obedece a la necesidad de incrementar los niveles de iluminación existentes ante el reclamo de los vecinos por la reciente proliferación de personas que ejercen la prostitución, y que ha dado a conformar una zona de marginalidad e inseguridad en el barrio. Para ello se dispuso la colocación de dos luminarias por poste sobre la base de una geometría de distribución unilateral derecha. La remodelación de la instalación fue a su vez complementada con una exhaustiva poda de los arboles, que en gran proporción, se encuentran presentes a lo largo de su recorrido. La figura 5.6 representa el trazado de la porción final de ambas mediciones, donde se puede apreciar una buena correspondencia de los valores obtenidos en cada medición.

- 96 -


Calle Godoy Cruz

0

50

100

150

200

250

300

450 550 650 750 850


Iluminancia [lux]

Emed 1 Medicion 2 Emed 2 Medición 1

5.2.3 Observaciones La realización de estas pruebas permitió conformar una base de datos a través de archivos Excel y establecer las primeras experiencias respecto al posterior procesamiento analítico y gráfico de los datos registrados. Al cabo de cada medición, el diseño del equipo contempla la presentación de los resultados en pantalla. Se ha podido constatar que dichos valores coinciden, en todos los casos, con los valores registrados en la planilla de cálculo correspondiente. Con respecto al diseño de la interfaz gráfica se ha podido establecer mejoras respecto a: � Tamaño de las letras y botones � Contraste de colores � Ubicación de elementos en la pantalla La experiencia recogida durante el proceso de montaje del equipo determina la necesidad de mejorar el sistema de acople del sensor fotoeléctrico sobre la estructura metálica del móvil. De esta forma se espera mejorar la disposición enfrentada del sensor y la cinta reflectante. El móvil provisto para la realización de las mediciones fue una camioneta marca Ford modelo Transit. La disposición de la célula fotovoltaica en el techo determinó un plano de medición cuya altura es de 2 m, por lo tanto se advierte que los valores registrados son ciertamente superiores a los que se podría obtener bajo la utilización de un móvil convencional cuya altura generalmente no supera el metro y medio. Por otra parte se pudo observar que la fricción producida entre el pavimento y la rueda produce un elevado calentamiento en el neumático. Esto trae inconvenientes en la colocación de la cinta reflectante sobre la rueda, puesto que el adhesivo original de la cinta resulta insuficiente por efectos del calor. Se espera subsanar los inconvenientes mencionados mejorando estos aspectos del diseño de montaje.

Figura 5.6: Registros fotométricos en calles (Buenos Aires – Nov 2003).

- 97 -

Figura 5.5a y 5.5b: Registros fotométricos en avenidas de Cap. Fed. (Bs. As.)

Av. Cabildo

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000


Iluminancia [lux]

"Av. Cabildo" Emed = 24.3 lux

Av. del Parque

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 100 200 300 400 500 600 700


Iluminancia [lux]

"Av. del Parque" Emed = 44.9 lux


- 98 -


5.3 Ensayos del equipo de medición

Con el propósito de evaluar la performance del equipo en condiciones reales de operación, se dispone la realización de un conjunto de mediciones sobre una instalación de alumbrado típica. Para la realización de los ensayos se ha escogido una instalación con poca circulación de tráfico, sin alumbrado comercial ni arbolado que interfieran en la medición. El tramo escogido pertenece a la avenida de acceso al Country Jockey, ubicado en una zona de reciente urbanización en la localidad de Yerba Buena de la ciudad de San Miguel de Tucumán.

Se estudia el efecto de: � Ancho de cinta reflectante - Límite de velocidad de circulación � Velocidad de circulación variable – Influencia en la adquisición y registro de

datos. � Repetitividad en la medición de valores puntuales y valores medios A través de la base de datos conformada, el posterior procesamiento gráfico y estadístico de los resultados permitirá determinar cual es la tolerancia del error en la medición si se toma como referencia la “curva estática” correspondiente a los valores de iluminancia recogidos a partir de la medición manual efectuada sobre cada uno de los puntos que luego serán recorridos en forma dinámica por el móvil, a través de distintas velocidades de circulación. Ensayo 1: Ancho de cinta reflectante - Límite de velocidad de circulación

En el capítulo 3.4.5 se estableció la necesidad de someter al equipo a un ensayo de laboratorio que permita determinar cual es el ancho de la cinta reflectante que garantice una buena reconstrucción de la curva iluminancia muestreada a través de distintas velocidades de circulación. Este ensayo permitirá determinar el límite de la velocidad de circulación del equipo en función del ancho de cinta reflectante establecido. Ensayo 2: Velocidad de circulación variable – Influencia en la adquisición y registro de datos.

En el capítulo 3 se ha descrito el comportamiento de las señales analógica y digital que intervienen en la medición, tanto en condiciones estáticas, como dinámicas. Con el fin de determinar cual es la incidencia de la variación de la velocidad en el registro de los valores, se diseña un ensayo de campo que pretende comparar las mediciones efectuadas a partir de distintas velocidades, en referencia a los valores correspondientes de la curva estática. A partir del análisis gráfico y estadístico de los valores registrados se determinará los errores relativos pertinentes. Ensayo 3: Repetitividad en la medición de valores puntuales y valores medios

La repetitividad se define como: “El grado de concordancia entre los resultados de las mediciones sucesivas de un mismo mensurando, efectuadas en las mismas condiciones de medición”.

- 99 -


5.4 Ensayo: Ancho de cinta reflectante - Límite de velocidad de circulación

El proceso de adquisición de datos comienza con el sensado de las variables de interés y culmina con el almacenamiento de los datos registrados en una planilla de cálculo Excel, la cual es configurada por el software del sistema al término de cada medición. El paso de la cinta reflectante sobre la posición del sensor conforma un tren de pulsos digitales encargado de realizar el muestreo de la curva iluminancia, por ende, cada instante de muestreo se produce cuando el estado de dicha señal es alto.

Durante el tiempo Thigh que la señal digital permanece en esta condición, el equipo debe ser capaz de cumplimentar la adquisición del dato correspondiente a través de los distintos procesos involucrados. Los sensores captan las variables de interés; estas variables son transducidas a señales eléctricas; sus niveles luego son acondicionados a los requerimientos de la tarjeta adquisidora; se produce la conversión A/D y finalmente interviene el software de programación en el tratamiento y almacenamiento de los valores adquiridos. Este conjunto de operaciones conforman un proceso integral encadenado de modo secuencial, que se repite para cada instante de muestreo. Por tanto es necesario estimar

el valor de Thigh, que garantiza esta sucesión de procesos en forma completa. Este

tiempo será definido como: tiempo del procesamiento total, tpt , el cual caracterizará en el futuro el funcionamiento del equipo como parámetro de especificación.

5.4.1 Ensayo de Laboratorio

En el capítulo 3, se ha estudiado en detalle el comportamiento de las señales analógica y digital de entrada y la influencia que determina la variación de la velocidad de circulación sobre distintos parámetros que intervienen en la medición, como el Nº de adquisiciones y el Duty Cycle, también denominado ciclo de trabajo. 5.4.1.1 Diseño del ensayo

En la sección 3.4.5, a través de la conformación de la tabla 3.7, fue posible determinar

con precisión los valores de Thigh correspondientes a la señal digital, y se estableció la necesidad de implementar un ensayo de laboratorio que permita simular las condiciones reales de operación con el fin de determinar cual es el ancho óptimo de la cinta que garantiza una correcta adquisición de los datos. La tabla 5.3 expresa el resumen de los parámetros que intervienen en el ensayo.

Velocidad Anal. Dig. Tpt (seg) Base de Tiempo

(seg)

Km/h m/s fa (Hz) fm (Hz) cinta 1 cinta 2 cinta 3 cinta 4 BT = 112m/vel

10 2.78 0.10 1.84 0.018 0.054 0.072 0.144 40.3

20 5.56 0.20 3.68 0.009 0.027 0.036 0.072 20.1

30 8.33 0.30 5.53 0.006 0.018 0.024 0.048 13.4

40 11.11 0.40 7.37 0.004 0.013 0.018 0.036 10.1

50 13.89 0.50 9.21 0.004 0.011 0.014 0.029 8.1

60 16.67 0.60 11.05 0.003 0.009 0.012 0.024 6.7

70 19.44 0.69 12.90 0.003 0.008 0.010 0.021 5.8

80 22.22 0.79 14.74 0.002 0.007 0.009 0.018 5.0

Tabla 5.3: Ensayo de laboratorio – Ancho de cinta reflectante óptima

- 100 -


El diseño del ensayo contempla una distancia de 112 m correspondiente a cinco luminarias con un vano de 28 m, teniendo en cuenta ocho velocidades de circulación diferentes. Mediante el software de programación G del sistema, es posible introducir una base de tiempo BT que permite controlar automáticamente el tiempo de operación del equipo. La figura 5.7 muestra la disposición final del ensayo el cual se complementa con la utilización de dos frecuencímetros y un osciloscopio digital para el ajuste y seguimiento de las señales a lo largo del proceso de medición.

Figura 5.7: Simulación de las condiciones reales de operación mediante ensayo controlado

Laboratorio de Instrumentación Industrial - UNT

La utilización de generadores de señales eléctricas analógicas y digitales en la entrada del sistema permitirá simular las condiciones reales de operación en laboratorio para distintas velocidades de circulación, considerando 4 ancho de cintas diferentes:

Ancho de cinta

� cinta 1: 0.05 m

� cinta 2: 0.15 m

� cinta 3: 0.20 m

� cinta 4: 0.40 m

5.4.1.2 Procesamiento y análisis de resultados Los ensayos realizados reproducen la combinación de valores que expresa la tabla 5.3 para los distintos anchos de cinta establecidos.

- 101 -


0

50

100

150

200

250

300

350

0 18 36 m

mV

10 km/h 20 km/h

0

50

100

150

200

250

300

350

0 18 36 m

mV

10 km/h 30 km/h

El grupo de curvas de la figura 5.8 permite observar el resultado de las mediciones referidas en la tabla 5.3 considerando un ancho de cinta igual a 20 cm. Cada velocidad de circulación determina una frecuencia distinta de muestreo, sin embargo como era de esperar, en toas las curvas se observa el ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo permite obtener siempre los mismos puntos de muestreo sobre la curva analógica.

Figura 5.8: Muestreo de la señal analógica – ancho de cinta reflectante de 20 cm

0

50

100

150

200

250

300

350

0 18 36 m

mV

40 km/h 10 km/h

0

50

100

150

200

250

300

350

0 18 36 m

mV

10 km/h 50 km/h

0

50

100

150

200

250

300

350

0 18 36 m

mV

10 km/h 60 km/h

112 m 112 m

112 m 112 m

112 m

- 102 -


0

50

100

150

200

250

300

350

m

mV

10 km/h 70 km/h

0

50

100

150

200

250

300

350

m

mV

80 km/h 10 km/h

Las figuras 5.9a y 5.9b muestran el momento a partir del cual el equipo no es capaz de leer correctamente los valores presentes en la entrada. El resultado es una señal distorsionada que no responde a los resultados esperados.

El incremento de la velocidad de circulación reduce paulatinamente el tiempo Thigh de la

señal digital, hasta el punto en el cual este es tan pequeño que no permite completar los procesos involucrados en la medición y registro.

Se asigna el valor de tpt, al momento a partir del cual los principios establecidos para el

ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo dejan de cumplirse. Idéntica conclusión se obtuvo en cada uno de los ensayos realizados para los demás anchos de cinta establecidos.

En todos los casos el tiempo de procesamiento total tpt = 12 mseg marca el momento a

partir del cual el equipo es incapaz de reproducir fielmente los valores presentas en la entrada.

Figura 5.9a y 5.9b : Comportamiento de la señal muestreada para velocidades de circulación de 70 Km/h y 80 Km/h, ancho de cinta reflectante de 20 cm, distancia evaluada 224 m

224 m

224 m

- 103 -


Las premisas iniciales del diseño de la aplicación establecen la necesidad de diseñar un instrumento capaz de desempeñar sus funciones dentro de los márgenes de velocidad asociados a las vías de tránsito de un municipio o ciudad. Se considera que un móvil que se desplaza a una velocidad de 50 Km/h asegura una buena performance integral del equipo. La variación del ancho de cinta reflectante permite ajustar el ciclo de trabajo de la señal

digital de tal modo que el tpt del proceso no sea inferior a 12 mseg a velocidades de

circulación que alcancen 50 Km/h. La tabla 5.4 muestra que la cinta 3 = 20 cm garantiza velocidades de circulación de hasta 60 Km/h conformando el ancho de cinta ideal para la correcta operación del equipo. Las cinta 1 y cinta 2 limitarían la aplicación a velocidades de circulación de 10 Km/h y 40 Km/h respectivamente.

Velocidad Anal. Dig. Tpi (seg) Base de Tiempo

Km/h m/s fa (Hz) fm (Hz) cinta 1 cinta 2 cinta 3 cinta 4 BT = 112m/vel

10 2.78 0.10 1.84 0.018 0.054 0.072 0.144 40.3

20 5.56 0.20 3.68 0.009 0.027 0.036 0.072 20.1

30 8.33 0.30 5.53 0.006 0.018 0.024 0.048 13.4

40 11.11 0.40 7.37 0.004 0.013 0.018 0.036 10.1

50 13.89 0.50 9.21 0.004 0.011 0.014 0.029 8.1

60 16.67 0.60 11.05 0.003 0.009 0.012 0.024 6.7

70 19.44 0.69 12.90 0.003 0.008 0.010 0.021 5.8

80 22.22 0.79 14.74 0.002 0.007 0.009 0.018 5.0

Tabla 5.4: Límite de la velocidad de circulación del móvil en función del ancho de cinta reflectante

En concordancia con los valores expuestos en la tabla 5.4, se puede establecer que: un ancho de cinta de 20 cm asegura una velocidad de circulación de hasta 60 Km/h, con

tiempos de operación tpi superiores a 12 mseg.

- 104 -


5.4.2 Mediciones de campo

El siguiente ensayo tiene por finalidad analizar el comportamiento del equipo de medición sobre escenarios reales de operación.

5.4.2.1 Diseño del ensayo

� Se ensaya el equipo a distintas velocidades con el fin de corroborar la elección del ancho de cinta reflectante establecido en los ensayos de laboratorio.

� A través de las representaciones gráficas, se analizará el comportamiento de las mediciones obtenidas.

5.4.2.2 Procesamiento y análisis de resultados

La figura 5.10 muestra los resultados de la prueba donde se ensaya el equipo para siete velocidades de circulación. Se puede apreciar una buena respuesta del equipo para velocidades que alcanzan los 50 Km/h. A partir de este valor, los ensayos efectuados a 60 Km/h y 70 Km/h muestran una cierta pérdida de valores de adquisición, originando un defasaje no deseable en la medición.

Ensayo Ancho de Cinta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660


Iluminancia [lux]

10 Km/h 20 Km/h 30 Km/h 40 Km/h 50 Kmh 60 Kmh 70 Km/h

Figura 5.10: Registros fotométricos Av. Jockey – San Miguel de Tucumán

- 105 -


5.5 Ajustes previos de los ensayos de campo

La siguiente ecuación muestra el conjunto de errores presentes en la medición.

Etot = E sist.adq.datos + Emetodología + Ealeatorios 5.4 - 1 Se considera en particular el término correspondiente a los errores introducidos por la metodología de medición.

Emetod = Einteracción + Ecinta + Etrayectoria 5.4 - 2 Se dispone iniciar todas las mediciones a partir del mismo punto de partida a través de la disposición de marcas de referencia sobre el asfalto. De esta forma se elimina el error de interacción respecto al momento de inicio de la medición, garantizando la correlación de los puntos de muestreo para todas las mediciones. Si bien este error también se presentará en el momento de detención del sistema, correspondiente al último valor de adquisición, no comprende un error de incidencia en el ensayo ya que el mismo puede ser identificado a partir del análisis gráfico posterior en concordancia con los valores registrados de la distancia total recorrida. En segundo término, la cinta reflectante adhesiva se coloca siempre en el mismo lugar para el punto de partida. Esto permite eliminar el error de cinta en el momento de inicio de la medición, ubicando por ende, el mismo punto de muestreo en la posición correspondiente al valor de origen del eje de la abscisa que representa la distancia del tramo evaluado. Con respecto al error de trayectoria, se establece un recorrido longitudinal paralelo al eje de la calzada ubicado en el centro del carril izquierdo. Se disponen marcas de referencia sobre el asfalto a lo largo de la trayectoria que sirven de guía al conductor del automóvil. Con el fin de acotar los efectos de la variación de tensión de red, se realizan todas las mediciones dentro de la franja horaria: 22:00 – 0:00 hs. Por último, la avenida seleccionada no tiene aporte de alumbrado comercial que influya en la medición. Los terrenos circundantes a esta avenida son descampados, por lo tanto no existe aporte de alumbrado residencial ni existen los usuales efectos de reflexiones sobre la fachada de edificaciones aledañas. Las condiciones de repetitividad incluyen la utilización del mismo: � Procedimiento de medición � Observador � Instrumento de medición � Lugar � Repeticiones en períodos de tiempo cortos Para ello se efectuarán varias mediciones a una misma velocidad de circulación y luego se calculará los errores relativos, respecto a la curva estática.

- 106 -


5.6 Ensayo: Velocidad de circulación variable – Influencia en la adquisición y registro de datos

5.6.1 Diseño del ensayo � Mediante el software de medición de datos puntuales “LuxManual”, se obtendrá los

valores correspondientes a la “curva estática”. � Se realizarán mediciones en condiciones dinámicas para 6 velocidades distintas: 10;

20; 30; 40; 50 y 60 Km/h. � El procesamiento de los datos permitirá establecer comparaciones entre los datos

registrados a través de las distintas velocidades de circulación, y los correspondientes valores referidos a la curva estática. Se determinarán los errores relativos pertinentes.


5.6.2 Procesamiento y análisis de resultados La tabla 5.5 muestra el resumen de los valores obtenidos.

Nº Velocidad [Km/h]

Emed [lux]

Emax [lux]

Emin [lux]

G1 [%]

G2 [%]

Nº de adq. Distancia

[m]

1 Manual 34.4 64 17.1 0.3 0.5 175 261

2 10 34.4 64 17.1 0.3 0.5 175 261

3 20 34.3 64.5 16.6 0.3 0.5 175 261

4 30 34.6 64.5 17.1 0.3 0.5 175 261

5 40 34.6 64 17.1 0.3 0.5 175 261

6 50 34.9 64 17.6 0.3 0.5 175 261

7 60 34.7 64.5 18.1 0.3 0.5 174 259.5

Según lo establecido en el capítulo 3.4.4, se comprueba que el Nº de adquisiciones o puntos muestreados es siempre el mismo, para todas las velocidades de circulación. Por lo tanto la indicación final de la distancia, también es siempre la misma.

d = Nº adq * Ps El análisis gráfico del tramo correspondiente a los primeros 130 m, figura 5.11 a, y los 130 m finales, figura 5.11b, muestran una excelente reproducción de la curva iluminancia para las distintas velocidades de circulación.

Tabla 5.5: Influencia de la velocidad en la adquisición de datos

- 107 -


Ensayo de Velocidad

0

10

20

30

40

50

60

70

80

130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260


Iluminancia [lux]

"Manual" 10 Km/h 20 Km/h 30 Km/h 40 Km/h 50 km/h 60 km/h

Ensayo de Velocidad

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130


Iluminancia [lux]

"Manual" 10 Km/h 20 Km/h 30 Km/h 40 Km/h 50 km/h 60 km/h

Figura 5.11 a y b: Registros fotométricos en Av. Jockey

- 108 -


Teniendo en cuenta que el móvil parte de la condición inicial de reposo, en este tramo de la medición se desarrollan distintas aceleraciones con el fin de alcanzar a su término las velocidades establecidas en el ensayo. La reconstrucción de las curvas a partir de los valores de muestreo es idéntica para todos los casos, puesto que el diseño de la aplicación permite el ajuste dinámico de la

frecuencia de muestreo en relación directa a la variación de frecuencia fa, correspondiente a la curva iluminancia evaluada a través de distintas velocidades.

El análisis de las representaciones gráficas, nos permiten asegurar que la fm fue capaz de ajustar los instantes de muestro en los mismos puntos respecto a la curva estática. La tabla 5.6 muestra los errores relativos, máximo y promedio, en cada medición con respecto a la curva evaluada en forma manual.

Nº de medición

Velocidad [Km/h]

Error Relativo [%]

erel (máximo) erel (medio)

1 10 3.1 0.3

2 20 3.1 0.7

3 30 3.9 1.0

4 40 4.1 1.4

5 50 5.0 1.6

6 60 6.3 2.2

Tabla 5.6: Errores relativos de las curvas dinámicas respecto a la curva estática

Las figuras 5.12a hasta la 5.12f muestran la distribución del error relativo máximo de las curvas obtenidas a través de seis velocidades diferentes, en relación a la curva estática.

- 109 -


Errores Relativos

0

1

2

3

4

5

6

7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250


%

0-10 Km/hErrores Relativos

0

1

2

3

4

5

6

7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250


%

"0-20 Km/h"

Errores Relativos

0

1

2

3

4

5

6

7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250


%

"0-30 Km/h"

Errores Relativos

0

1

2

3

4

5

6

7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250


%

"0-40 Km/h"

Errores Relativos

0

1

2

3

4

5

6

7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250


%

"0-50 kKm/h"Errores Relativos

0

1

2

3

4

5

6

7

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250


%

"0-60 Km/h"

Figura 5.12a-f: Errores relativos de las mediciones efectuadas a través de distintas velocidades, en

referencia a la curva estática

- 110 -


5.7 Ensayo: Repetitividad en la medición de valores puntuales y valores medios


Se realizan las mediciones en un tramo de 261 m, y se analizan los resultados en el tramo correspondiente a los 130 m finales, donde el móvil ya ha alcanzado a desarrollar las velocidades deseadas. � Se realizarán tres mediciones en condiciones dinámicas para una velocidad de

circulación de 40 Km/h. � El procesamiento de los datos permitirá establecer comparaciones entre los datos

registrados en las mediciones, y los correspondientes valores referidos a la curva estática. Se determinarán los errores relativos pertinentes.


5.7.2 Procesamiento y análisis de resultados La tabla 5.7 muestra los resultados obtenidos en la medición.

Nº Velocidad [Km/h]

Emed [lux]

Emax [lux]

Emin [lux]

G1 [%]

G2 [%]

Nº de adq.

Distancia [m]

1 Manual 34.4 64 17.1 0.3 0.5 175 261

2 40 34.6 64 17.1 0.3 0.5 175 261

3 40 35.1 64.9 17.6 0.3 0.5 175 261

4 40 34.9 65.9 17.1 0.3 0.5 175 261

El análisis de los resultados permite afirmar que el equipo reproduce fielmente la señal correspondiente a la curva evaluada manualmente obteniendo el mismo Nº de adquisiciones, y por ende, logra la misma indicación de distancia para todos los casos. La figura 5.13 muestra la representación gráfica de los datos adquiridos.

Tabla 5.7: Ensayos de repetitividad

- 111 -


Ensayo de Repetitividad

0

10

20

30

40

50

60

70

80

130 150 170 190 210 230 250


Iluminancia [lux]

Manual 40 Km/h (1) 40 km/h (2) 40 km/h (3)

La tabla 5.8 muestra los errores relativos, máximo y promedio, en cada medición con respecto a la curva evaluada en forma manual.

Nº de medición

Velocidad [Km/h]

Error Relativo [%]

erel (máximo) erel (medio)

1 40 4.5 1.4

2 40 4.3 1.6

3 40 4.6 1.5

Tabla 5.8: Ensayo de repetitividad – error relativo porcentual

La figura 5.14 muestra la distribución de los errores relativos a lo largo de la medición.

Figura 5.13: Registros fotométricos Av. Jockey – San Miguel de Tucumán

- 112 -


Figura 5.14: Distribución de errores relativos en la medición


0

1

2

3

4

5

6

130 150 170 190 210 230 250


%

0-40 Km/h (Medición 1)


0

1

2

3

4

5

6

130 150 170 190 210 230 250


%



0

1

2

3

4

5

6

130 150 170 190 210 230 250


%


- 113 -


Ensayo de Velocidad - Error Relativo Máximo

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

60Km/h

%

10 20 30 40 50 60

5.8 Determinación de la tolerancia del error de la medición

Los resultados obtenidos a través del ensayo del ancho de cinta permiten establecer una velocidad de circulación máxima de 50 km/h. La comparación de los errores relativos máximos obtenidos a través de los ensayos de velocidad y repetitividad permitirán establecer la tolerancia del error de la medición.

Nº de medición

Velocidad [Km/h]

Ensayo velocidad

erel (max) [%]

1 10 3.1

2 20 3.1

3 30 3.9

4 40 4.1

5 50 5.0

6 60 6.3

Tabla 5.9: Ensayo de velocidad – Error relativo máximo

Nº de medición

Velocidad [Km/h]

Ensayo Repetitividad

erel (max) [%]

1 40 4.5

2 40 4.3

3 40 4.6

Tabla 5.10: Ensayo de repetitividad – Error relativo máximo

La comparación de las tablas 5.9 y 5.10 permite establecer que el error de repetitividad está dentro del margen establecido por el error que introduce la condición dinámica de la medición.

- 114 -


Ensayo de Repetitividad - Error Relativo Máximo

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

40Km/h

%

40 Km/h (1) 40 Km/h (2) 40 Km/h (3)

Ensayo de Velocidad - Error Relativo Promedio

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

60Km/h

%

10 20 30 40 50 60

Ensayo de Repetitividad - Error Relativo Máximo

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

40Km/h

%

40 Km/h (1) 40 Km/h (2) 40 Km/h (3)

Figuras 5.15 a y 5.15b: Comparación entre Ensayo 1 y Ensayo 2

Las representaciones gráficas siguientes, permiten también establecer una medida de calidad respecto a los errores relativos promedio correspondientes a ambos ensayos.

Figuras 5.16 a y 5.16b: Errores relativos promedio

- 115 -


5.9 Correlación de los datos adquiridos a partir de un plano de medición ubicado a 1.5 m de altura, con los valores CIE definidos sobre el nivel de la calzada

En la presente sección se dispone estudiar la posible correlación de los datos obtenidos durante las mediciones continuas de iluminancia sobre un plano de medición ubicado a una altura de 1.5 m, respecto a los valores mínimos mantenidos recomendados en las normas CIE 136 e IRAM AADL J2022-2, las cuales se encuentran especificados sobre el nivel de la calzada. La construcción de un prototipo capaz de adquirir los datos directamente sobre el nivel de la calzada encuentra limitaciones significativas. Un sistema acoplado al móvil de la forma indicada en la figura 5.17, presentaría problemas de estabilidad en la plataforma y dispondría el sensor a una altura de medición entre 15 cm y 20 cm sobre el nivel de la calzada. Por otra parte, el alumbrado vial coexiste en todo momento con el alumbrado vehicular proveniente de los distintos medios de transportes que circulan por las vías de tránsito, generando una fuente de error aleatoria en la medición.

Figura 5.17: Influencia del alumbrado vehicular sobre un prototipo montado sobre el nivel de la

calzada.

Como las normas establecen valores mínimos recomendados respecto a la iluminancia media sobre la calzada y el equipo de medición “LuxMóviL” es capaz de efectuar mediciones en forma continua y automática relevando amplias zonas de un municipio o una ciudad en cortos períodos de tiempo, es preciso determinar si resulta posible correlacionar los datos adquiridos sobre un plano de medición ubicado a una altura de 1.5 m con los valores recomendados por las normas, a través del procesamiento adecuado de los datos adquiridos. El empleo de modernos software aplicados al diseño de instalaciones de alumbrado vial permite conocer la distribución del flujo luminoso sobre la calzada considerando distintos valores en los parámetros de diseño; geometría de instalación, altura de los planos de medición, altura de montaje, etc. La trayectoria debe ajustarse a las condiciones de circulación vehicular que determinan las distintas vías de tránsito existentes en un municipio o ciudad. Estas condiciones imponen la elección de una trayectoria que permita la circulación por el centro de un carril, de tal forma que no entorpezca el tránsito, y contemple la disposición eventual de un carril destinado al estacionamiento de automóviles (generalmente carril derecho).

- 116 -


0.9 m 2 m

3.5 m

13 m

1

11 m 9 m

7 m

Carriles Lo L1 L2 L3 L4 Carriles Lo L1 L2 L3 L4

La figura 5.18 muestra los parámetros que componen una instalación central típica de avenidas o autopistas con doble calzada y medianera central. A partir de ella se consideran 3 alturas de montaje típicas; 7 m, 9 m y 11 m, y 3 longitudes de pescantes posibles; 0.9 m, 2 m y 3.5 m.

Figura 5.18: Geometría y parámetros de una instalación central típica, vista en corte.

La utilización de programas de cálculos orientados al diseño de alumbrado vial permite simular las condiciones ideales de una instalación. La figura 5.19 muestra las trayectorias longitudinales al eje de la calzada que describirá el móvil a lo largo de su recorrido; Lo, L1, L2, L3, L4.

28 m

Carriles Lo L1 L2 L3 L4

Figura 5.19: Líneas de medición paralelas al eje longitudinal de la calzada

- 117 -


La rejilla de medición aplicada corresponde a las especificaciones recomendadas por la norma IRAM J 2022-2, ver Anexo IV. Si bien la norma recomienda mediciones entre un vano de la instalación, se ha de considerar una instalación típica de 5 columnas de iluminación con una separación de 28 m y una distancia total de 112 m capaz de considerar el aporte de la interferencia de flujo luminoso entre luminarias contiguas. La determinación de una grilla de 1.5 m x 1.5 m conforma una la rejilla de medición compuesta por 373 puntos que permite determinar el valor de la Emed total. La distribución del flujo depende en primer lugar del conjunto luminaria – lámpara la cual difiere entre marcas y modelos de una misma marca. Se ha de considerar el análisis de una instalación de geometría de instalación central, contemplando 2 modelos distintos de luminarias.

Luminaria 1

Marca: STRAND

Modelo: MBA 70 CO

Lámpara: NAV T 250 w

Flujo luminoso: 25.500 lum

Luminaria 2

Marca: GENALEX

Modelo: Za 8426 Lámpara: SAP 250 w

Flujo luminoso: 25.000 lum

Se analizará el comportamiento de la distribución del flujo para distintos valores en parámetros; altura de montaje, pescante y se establecerá la relación existente entre la iluminancia media entre los dos planos de medición considerados; 0 m y 1.5 m. La tabla 5.11 muestra el resumen de los cálculos efectuados.

STRAND Altura de Montaje

7 [m] 9 [m] 11 [m]

Pescante [m] Em(0m) – Em(1.5 m) [lux]

Em(0m) – Em(1.5 m) [lux]

Em(0m) – Em(1.5 m) [lux]

0.9 7.4 7.3 6.2

2 7.3 6.7 5.7

3.5 6.8 5.8 4.7

GENALEX Altura de Montaje

7 [m] 9 [m] 11 [m]

Pescante [m] Em(0m) – Em(1.5 m) [lux]

Em(0m) – Em(1.5 m) [lux]

Em(0m) – Em(1.5 m) [lux]

0.9 6.4 6.9 6.3

2 6 6.5 5.9

3.5 5.6 5.1 4.5

Tabla 5.11: Diferencia entre los valores de iluminancia media correspondientes a un plano de

medición ubicado a 1.5 m de altura con los respectivos valores al nivel de la calzada

- 118 -


La diferencia existente entre los valores medios de iluminancia para los planos de medición ubicados a 1.5 m de altura y los respectivos valores sobre el nivel de la calzada varían en función de la altura de montaje y la posición del pescante para una misma geometría de instalación. De igual manera se establece que dichas diferencias son distintas para diferentes modelos del conjunto compuesto por luminaria –lámpara. El relevamiento continuo del equipo de medición encuentra a su paso distintos tipos de geometría de instalación, altura de montajes, pescantes, modelos de luminarias y lámparas, de tal forma que es imposible correlacionar el conjunto de mediciones mediante un factor único. En general, el crecimiento y expansión de los sistemas de alumbrado vial de un municipio o ciudad se desarrolla a lo largo de los años bajo la dirección de distintas administraciones y la aplicación de diferentes criterios de diseño, determinando una falta de uniformidad en los componentes y parámetros aplicados. Se concluye por consiguiente que no existe un único factor que relacione los valores medios correspondientes a un plano de medición ubicado a 1.5 m sobre el nivel de la calzada, y los valores mínimos recomendados por las normas al nivel de la calzada. Las figuras 5.20 y 5.21 muestran el resultado de los cálculos establecidos mediante el programa de cálculo y diseño de alumbrado vial.

- 121 -



En el capítulo 3, se establecieron los principios que rigen la medición a través del estudio del comportamiento de las señales analógica y digital de entrada, considerando la influencia que determina la variación de la velocidad de circulación sobre distintos parámetros que intervienen en la medición, como el Nº de adquisiciones y el Duty Cycle, también denominado ciclo de trabajo. El presente capítulo comprende la realización de una serie de ensayos de laboratorio y campo que permitieron determinar el error que introduce el equipo en la medición, evaluando la perfomance del equipo en condiciones reales de operación. El ajuste y las consideraciones previas establecidas en la sección 5.4, permitieron diseñar los ensayos contemplando minimizar la incidencia de los errores que introduce tanto la metodología aplicada, como los errores aleatorios presentes en la medición. En primera instancia se ensayó el ancho de cinta reflectante que permitiera una velocidad de circulación apta para el desempeño del equipo en cualquier calle o avenida de una ciudad o municipio. Los ensayos de campo y laboratorio de la sección 5.5 permitieron determinar un ancho de cinta igual a 20 cm para una velocidad de circulación de 50 Km/h. La correlación de datos entre registros puntuales y dinámicos (realizados a través de distintas velocidades de circulación), caracterizan los ensayos que determinan el error de velocidad y repetitividad en la medición. Ambos ensayos calculan sus respectivos errores relativos con relación a la misma curva estática, para lo cual fue necesario implementar “LuxManuaL”, que reúne las mismas características de presentación que la versión “LuxMóviL”, a diferencia que los registros se implementan en forma manual a través de un pulsador en la pantalla. Ambas versiones comparan el resultado de sus mediciones tomando en cuenta los mismos puntos de muestro sobre la curva ilumiancia. En ambos casos se considera idéntica grilla de medición, determinada por el paso de la cinta reflectante frente a la posición del sensor fotoeléctrico ubicado en la rueda. Herramientas de software disponibles en el equipo de medición: � “LuxManuaL”: Medición de la curva estática en forma puntual. � “LuxMóviL”: Medición de la curva iluminancia en forma dinámica. La obtención de los datos registrados durante las mediciones se realizó respetando las pautas que establecen los ensayos de repetitividad definidas en el presente capítulo. La comparación de los errores relativos máximos registrados en ambos ensayos permite determinar la tolerancia del error en la medición. La comparación de las tablas 5.9 y 5.10 nos permiten establecer que el error de repetitividad es del mismo orden al establecido por el error que introduce la condición dinámica de la medición. Por cuanto se establece que el error de la medición en referencia a la curva estática no supera el 5%.

- 122 -


Especificaciones del equipo de medición: � Máxima velocidad de circulación ................... 50 Km/h � Orden de magnitud en la medición................. 1 decimal � Tolerancia de la medición .............................. 5 % � Ancho cinta reflectante .................................. 20 cm � Tiempo de procesamiento total para cada adquisición de cada dato .................... 12 mseg

- 123 -

Mediciones de campo y procesamiento de la información Capítulo 6

6.1 Procesamiento informático de datos

6.1.1 Registros históricos

6.1.2 Monitoreo y actualización de la base de datos

6.2 Evaluación de la depreciación mediante el factor FM

6.2.1 Valor inicial de una instalación

6.2.2 Determinación de los valores iniciales mediante software de cálculo

6.3 Mediciones de campo, procesamiento y presentación

6.3.1 Validación de los parámetros establecidos en la etapa de diseño

6.3.2 Monitoreo de una instalación – Factor de mantenimiento

6.3.3 Detección de una luminaria fuera de servicio

6.3.4 Reconversión de una instalación – Factor de ganancia

6.3.5 Mapa lumínico

6.4 Otras aplicaciones

6.4.1 Arboleda

6.4.2 Alumbrado comercial

6.4.3 Plazas

6.4.4 Parques

6.4.5 Intersección de avenidas

6.4.6 Rotondas

6.5 Futuras aplicaciones

6.5.1 Puentes interprovinciales o internacionales

6.5.2 Autopistas

6.5.3 Instalaciones deportivas


- 124 -

6.1 Procesamiento informático de datos

El sistema de adquisición diseñado junto a la metodología de medición implementada, permiten registrar los niveles de iluminación existentes en una instalación de alumbrado para luego almacenarlos dentro de una base de datos convenientemente estructurada, fiable y de fácil acceso que posibilita el posterior procesamiento estadístico y gráfico de los datos. El capítulo 3.3.2 contempla las pautas de diseño referidas al procesamiento de datos. [30] La metodología de medición propuesta permite optimizar la gestión y explotación del servicio de alumbrado urbano y constituye una nueva herramienta de análisis en la elaboración de programas de mantenimiento correctivo y preventivo. La disponibilidad de una base de datos permanentemente actualizada permite procesar los datos registrados con distintos propósitos:

6.1.1 Registros históricos

Los municipios que no lleven adelante un registro de operaciones de mantenimiento en forma adecuada, no podrán disponer de registros históricos confiables en el futuro. La conformación de una base de datos sistemática a lo largo del tiempo permite establecer consideraciones respecto a la periodicidad en el cambio de lámparas y a la periodicidad de las operaciones de limpieza de luminarias. Estas tareas comprenden el análisis de datos sobre períodos de tiempo largos y se encuentran relacionadas específicamente con las políticas de mantenimiento preventivo descritas en el capítulo 2.2.2. Si bien la periodicidad para el cambio esta marcada por el tiempo de vida de sus componentes, el monitoreo de las instalaciones mediante mediciones de campo junto al análisis de datos pertinentes, permitirá ajustar el tiempo entre operaciones sucesivas y predecir en forma más precisa la aplicación de las tareas de mantenimiento. Por otra parte, el análisis de datos que comprenda todo el ciclo de vida de una instalación de alumbrado permitirá establecer la conveniencia de aplicar tareas de reconversión parciales o en forma completa.

6.1.2 Monitoreo y actualización de la base de datos El registro periódico de los niveles fotométricos de una instalación permite establecer un seguimiento de la calidad del servicio y su evolución en el tiempo. El análisis de datos correspondiente a períodos cortos de tiempo, se relaciona directamente a los aspectos relacionados a las políticas de mantenimiento correctivo definidas en el capítulo 2.2.1.

Figura 6.1: Procesamiento informático de datos

Mantenimiento preventivo

Mantenimiento correctivo

Registros

históricos

Monitoreo - Actualización

de datos


- 125 -

Los responsables de la planificación de las tareas de inspección nocturna deben elaborar los programas de inspección junto a un calendario planificado para llevarlas a cabo. La programación de las tareas debe incluir todas las consideraciones que el personal de inspección de campo ha de tener en cuenta durante la medición; lugar y trayectoria a ser evaluada, carril de medición considerado, sentido de circulación, franja horaria, etc. De esta forma el personal encargado del posterior procesamiento de datos, es quien determina a priori las consideraciones referidas a las mediciones de campo y luego establece el análisis de los datos pertinentes. Los programas de mantenimiento deben considerar:

� Prioridades de trabajo � Cuando debe hacerse cada trabajo � Necesidades de mano de obra � Disponibilidad de materiales necesarios para efectuar los trabajos � Calendario de realización

La realización de las mediciones de campo es responsabilidad del personal técnico que compone las cuadrillas de inspección nocturna. Los responsables de la planificación de las tareas de inspección deberán programar las operaciones contemplando las premisas que establece la metodología de medición propuesta respecto a:

� Lugar y distancia a recorrer � Carril que establece la trayectoria de medición � Valores iniciales de la instalación

� Grilla de medición (especificado a través del valor del radio rs) � Sentido de circulación � Franja horaria � Calendario de realización

Una vez analizado el resultado de las mediciones se elabora una serie de órdenes de trabajo diferenciando entre las que indican que es necesario un trabajo de reparación inmediato y las que necesitan trabajo posterior. Para cada reparación necesaria se podría elaborar una hoja de trabajo en la que se indique, el lugar pertinente, la necesidad de mantenimiento, indicando su prioridad dentro del sistema de programación y planificación general. Todos los equipos sujetos a un programa de mantenimiento dispondrán de un registro en el que se archive toda la información generada tanto por el propio programa de mantenimiento como en las reparaciones o intervenciones diversas que se hayan realizado. Estos registros se utilizarán para programar fechas de futuras inspecciones y operaciones de conservación. Mediciones efectuadas en forma previa y posterior a la aplicación de las tareas de mantenimiento, permitirán evaluar el grado de mejoría en los niveles de iluminación de la instalación evaluada, permitiendo a su vez, obtener registros de las operaciones de mantenimiento efectuadas sobre la instalación.

6.2 Evaluación de la depreciación mediante el factor FM

El factor de mantenimiento especificado en el capítulo 2.6 es un factor indicativo de la depreciación que sufre una instalación a lo largo del tiempo. Este factor compara las condiciones actuales con las iniciales, a través de la siguiente relación:


- 126 -

Emed : Iluminancia media sobre el plano de interés después de un cierto período de uso de la

instalación Eo : Iluminancia obtenida bajo las mismas condiciones cuando la instalación es nueva

La operación del equipo requiere el ingreso previo de un conjunto de variables a través de los botones de comando descritos en el capítulo 4.3.5.1. El diseño de la pantalla de presentación posibilita el ingreso del valor de la iluminancia media inicial correspondiente a la instalación sobre la cual han de efectuarse las tareas de inspección. Al cabo de la medición, la pantalla muestra el factor de mantenimiento o factor de ganancia referido a la instalación recientemente evaluada.

La disponibilidad de los valores fotométricos iniciales de una instalación contempla los siguientes casos: 6.2.1 Valor inicial de una instalación

El valor inicial “Eo” de una instalación se consiguen mediante el registro fotométrico en el

momento inicial de su prestación, sin embargo, debido a que el tiempo de vida útil de una instalación se estima entre 20 y 30 años, es muy difícil contar con los registros iniciales pertinentes. Los gobiernos municipales se suceden en el tiempo heredando en mejor o peor forma la calidad de servicio conseguida por las administraciones antecesoras. Sin embargo uno de las peores deficiencias que debe enfrentar cada administración en el momento de iniciar su gestión es la falta de un sistema eficiente de registro de operaciones. 6.2.2 Determinación de los valores iniciales mediante software de cálculo La determinación del Factor de Mantenimiento sobre instalaciones que no cuentan con el registro de sus valores iniciales puede resolverse mediante la utilización de un software de cálculo dedicado al diseño de instalaciones de alumbrado vial. Estos programas permiten simular las condiciones iniciales de una instalación mediante el ingreso de los parámetros que la caracterizan; geometría de instalación, luminaria, ancho de la calzada, altura de montaje, etc. Es posible entonces, establecer una estimación de la depreciación si se relaciona cada

valor de Emed medido directamente en campo, con el correspondiente “Eo” obtenido

mediante un programa de cálculo.

6.3 Mediciones de campo, procesamiento y presentación

Las mediciones de campo efectuadas en el presente capítulo tienen por finalidad la aplicación de la metodología de medición sobre distintos tipos de instalaciones de alumbrado vial pertenecientes a la ciudad de San Miguel de Tucumán. El proceso correspondiente a la adquisición de datos tiene por finalidad la conformación de una base de datos estructurada y de fácil acceso que permita el posterior procesamiento analítico y gráfico de los resultados. El equipo de medición permite evaluar el estado de depreciación de instalaciones a partir del análisis del factor de mantenimiento FM, el cual conforma una nueva herramienta para la elaboración de los programas de mantenimiento y la planificación de las tareas de inspección nocturna.

FM = Emed

Eo


- 127 -

La presentación de los resultados puede darse a través de los gráficos hasta aquí expuestos, que representan la curva iluminancia en función de la distancia recorrida por el móvil. Sin embargo, cuando el relevamiento comprende instalaciones completas o grandes áreas de un municipio, la representación gráfica se efectúa a través de la confección de mapas lumínicos, que permiten una mejor comprensión acorde a la escala evaluada. La aplicación de la metodología de medición encuentra situaciones diferentes cuando se aplica sobre instalaciones nuevas; donde podrá actuar como herramienta de validación, o sobre instalaciones existentes; donde actuará como herramienta de monitoreo, detección de fallas y anomalías. A su vez, la disponibilidad de una base de datos permanentemente actualizada permite procesar los datos registrados con distintos propósitos:

I ) Validación de los parámetros de diseño Además de asumir la gestión y explotación del servicio de alumbrado, los municipios deben satisfacer las continuas demandas de expansión del sistema. Los municipios que no cuentan con recursos propios, delegan la ejecución de estas obras a empresas privadas. Resulta indispensable disponer de una herramienta de control que permita evaluar y validar los niveles de iluminación establecidos en la etapa de diseño. Las características del equipo y su metodología de medición conforman una nueva herramienta de control que permite evaluar la calidad de las obras ejecutadas por las contratistas. II ) Monitoreo de una instalación – Factor de Mantenimiento La reiteración en el tiempo de las mediciones permitirá confeccionar una base de datos permanentemente actualizada, de tal forma que permita evaluar y controlar el grado de depreciación de las instalaciones. El procesamiento adecuado de los datos adquiridos facilita la planificación de operaciones de mantenimiento. III ) Detección de luminarias fuera de servicio La reparación de fallos del punto de luz es una de las tareas más importantes que concierne al mantenimiento correctivo. El análisis e interpretación de las representaciones gráficas permite identificar rápidamente las luminarias que se encuentran fuera de servicio. IV ) Reconversión de una instalación – Factor de Ganancia En este caso el procesamiento de datos tiene por finalidad comparar los momentos previos y posteriores a la reconversión de componentes, estimando el grado de mejoría alcanzado a través del factor FG definido en el capítulo 2.6. V ) Monitoreo de instalaciones completas - Mapa lumínico Cuando el relevamiento fotométrico se efectúa sobre un área de gran escala, la representación gráfica puede tomar forma a través de la confección de mapas lumínicos que reflejen los distintos niveles de iluminación existentes en distintas zonas de una ciudad o barrios de un municipio.


- 128 -

Eo = 55 lux


La continua demanda de expansión y mejora en la calidad del servicio determina la necesidad de construir nuevas instalaciones de alumbrado que acompañen el constante crecimiento de una ciudad. Los municipios que no cuentan con recursos propios, delegan la ejecución de estas obras a empresas privadas, a través de un proceso de licitación o concesión directa. Una vez finalizada la obra y vencido el plazo de garantía, las instalaciones pasan a ser patrimonio del municipio.

Los municipios necesitan disponer de una herramienta de control que permita evaluar la calidad del servicio en el momento de entrega de la obra, corroborando los niveles de iluminación pautados en la etapa de diseño. Las características del equipo diseñado y su metodología de medición responden a esta necesidad, conformando una nueva herramienta de control que permite evaluar la calidad del servicio de las obras ejecutadas.

La validación de los parámetros fotométricos que registran instalaciones de reciente inauguración se efectúa comparando los niveles obtenidos a través de mediciones de campo en el momento inicial de su prestación, respecto a los niveles preestablecidos en la etapa de diseño. Estos valores de referencia se obtienen a través de un programa orientado al diseño de instalaciones de alumbrado vial, y pueden ser introducidos al sistema de medición a través de la variable de ingreso “Eo”, para cada instalación en particular. [31]

Figura 6.2: Avenida Independencia - Simulación mediante software de diseño


- 129 -

Una situación similar se presenta cuando se realizan obras de reconversión total o parcial sobre una instalación. Resulta necesario validar los parámetros de diseño introducidos a través de los nuevos componentes instalados. El gobierno municipal de la ciudad de San Miguel de Tucumán dispuso efectuar obras de reconversión sobre las instalaciones correspondientes a la avenida Independencia, debido al avanzado estado de depreciación que presentaba la misma. El conjunto formado por luminaria-lámpara-balasto fue reemplazado por componentes que incorporan nuevas tecnologías. Además se procedió al pintado de las columnas lo cual otorga un renovado aspecto a la avenida y su entorno. Datos de la instalación: Geometría de instalación: Central - Bilateral Ancho de la calzada: 6 m Cantidad de carriles: 2 Altura: 11 m Vano: 28 m Cantidad de luminarias por columnas: 1 Longitud del pescante: 3,5 m Distancia evaluada: 112 m Cantidad de Luminarias: 5 Altura del plano de medición: 1.5 m Grilla: 1.5 m Nuevos componentes Tipo de luminaria: Strand MBA70 CO Lámpara: NAV-T 250 W

Figura 6.3: Avenida Independencia – Datos de la instalación y reconversión de componentes


- 130 -

El factor de mantenimiento que valida los parámetros reales con los de diseño; debe ser igual a la unidad. Un valor inferior infiere la existencia de problemas referidos a: variación en la tensión de alimentación; errores de montaje; variación del flujo de las lámparas; presencia de arbolado, etc., que producen una disminución en los niveles con respecto a los que fueran proyectados. Por otra parte, si el valor obtenido es mayor a la unidad, representa un factor de ganancia que evidencia el sobre-dimensionamiento de la instalación diseñada. Esta situación es perjudicial puesto que produce un mayor consumo energético y origina gastos adicionales durante la etapa de explotación del servicio. La tabla 6.1 resume las distintas situaciones que se deducen a partir de la utilización del factor FM como herramienta de validación de los parámetros establecidos en la etapa de diseño.

FM Validación de parámetros de diseño

< 1 Sub – dimensionado

= 1 Correcto

> 1 Sobre - dimensionado

Tabla 6.1: Factor de mantenimiento - Validación de parámetros de diseño

Los datos expuestos en la tabla 6.2 permiten corroborar que la reconversión de componentes en la instalación se ajusta a los parámetros establecidos en la etapa de diseño. En ambos casos a metodología contempla una trayectoria correspondiente al centro del carril izquierdo de la calzada, sobre un plano de medición ubicado a una altura de 1.5 m del nivel de la calzada.

Emed G1 G2

Esoft-calculo 55.0 0.4 0.5

Ecampo 55.6 0.1 0.6

FM = 1

Tabla 6.2: Validación fotométrica en la reconversión de instalaciones de alumbrado vial

La inauguración de una nueva instalación conforma el momento ideal para registrar el valor de iluminancia promedio inicial, que será utilizado en el futuro, como parámetro de referencia en el estudio y control de la depreciación que dicha instalación sufrirá a lo largo del tiempo. Las obras de reconversión también marcan el momento propicio para la ejecución de mediciones de campo que registren los nuevos valores iniciales de la instalación. Durante las futuras mediciones de monitoreo el valor correspondiente a la iluminancia media Ecampo = 55.6 lux, será el valor utilizado como parámetro de ingreso “Eo” en la pantalla de presentación.

Capítulo 6 Mediciones de campo y procesamiento de la información

- 131 -

6.3.2 Monitoreo de una instalación – Factor de mantenimiento

La reiteración de las mediciones a lo largo del tiempo permite realizar un seguimiento y control del grado de depreciación de las instalaciones relevadas, a la vez que conforma paulatinamente la base de datos necesaria para realizar el posterior procesamiento y análisis de datos. La metodología de medición propuesta define al factor FM como parámetro de medición y

evaluación de la depreciación existente en una instalación. Se dispone efectuar un monitoreo sobre una instalación típica de alumbrado vial de la ciudad de San Miguel de Tucumán. La calle Bernabé Araoz es una vía de tránsito de 3 carriles y un único sentido de circulación en dirección S-N. El Anexo V muestra el plano correspondiente a las calles evaluadas durante la medición. Allí se puede observar que dicha calle circula en forma paralela a las vías del ferrocarril Mitre, destacándose la presencia de una plaza pública entre el pasaje Dorrego y la calle Lavalle. Se evalúa una distancia de 954 m correspondiente a ocho cuadras con un total de 39 luminarias. Datos de la instalación: Geometría: Unilateral Derecha

Ancho de la calzada: 9 m

Cantidad de carriles: 3

Altura: 7 m

Vano entre columnas: 28 m

Longitud del pescante: 3 m

Tipo de luminaria: Strand MBA70

Cantidad de Luminarias: 39

Distancia evaluada: 954 m

Figura 6.4: Calle Bernabé Araoz – Diciembre 2004

Se realizan tres mediciones de campo según la cronología que indica la tabla 6.3

Medición 1 Diciembre 2004

Medición 2 Julio 2005

Medición 3 Octubre 2005

Tabla 6.3: Mediciones de campo efectuadas sobre calle Bernabé Araoz


- 132 -

La tabla 6.4 muestra el resultado de las mediciones obtenidas a través del equipo de medición diseñado. Medición 1: Diciembre 2004

Emed1 Emax1 Emin1 Distancia

Med1 32.5 143,1 1,0 954

Medición 2: Julio 2005


Med2 29.7 135.7 1 954

Medición 3: Octubre 2005


Med3 33.1 141.6 0 954

Tablas 6.4: Monitoreo de calle Bernabé Araoz

La tabla 6.5 muestra la cantidad de luminarias apagadas que fueran detectadas en cada medición.

Emed Luminarias apagadas

Dic-2004 Med1 32.5 L4

Jul-2005 Med2 29.7 L3,L9,L13

Oct-2005 Med3 33.1 L17

Tabla 6.5: Monitoreo calle Bernabé Araoz – Luminarias fuera de servicio

Como se puede observar en la tabla 6.5, se han detectado tres luminarias fuera de servicio durante la medición 2. Esto trae como consecuencia una disminución en el valor medio de la iluminancia correspondiente. El estudio de la evolución de la depreciación de una instalación a lo largo del tiempo no contempla los puntos de luz que se encuentran fuera de servicio. La tabla 6.6 muestra el valor de la iluminancia media en cada medición a partir de la identificación y exclusión de dichas luminarias.


- 133 -

Emed

Dic-2004 Med1 33.8

Jul-2005 Med2 33.1

Oct-2005 Med3 34.2

Tabla 6.6: Iluminancia media en calle Bernabé Araoz exceptuando los puntos de avería

El resultado correspondiente a cada medición se compara con el valor inicial de la

instalación Eo obtenido a través de un programa de cálculo, esto permite monitorear la

evolución de la depreciación sufrida a lo largo del tiempo.

Eo = 40.6 lux

La tabla 6.7 muestra el resultado de los distintos factores FM obtenidos.

Emed

Dic-2004 FM1 0.8

Jul-2005 FM2 0.8

Oct-2005 FM3 0.8

Tabla 6.7: Monitoreo calle Bernabé Araoz – Evolución en el tiempo del factor FM

Los resultados de la tabla 6.7 permiten establecer que el factor de mantenimiento FM no ha variado a lo largo del tiempo que comprende las mediciones efectuadas sobre la instalación evaluada, lo cual era de esperar en el corto tiempo analizado. El capítulo 2.5 mencionó la necesidad de definir un nivel admisible para la depreciación y establecerlo como objetivo. Como referencia se toma el valor inicial del nivel lumínico en proyecto de la instalación, por debajo de un determinado porcentaje de este valor de proyecto se establece el valor mínimo admisible, y como objetivo conseguir que las instalaciones no decaigan por debajo de este valor. El valor de FM considera el tipo de lámpara, luminaria y políticas de mantenimiento, por lo tanto dependerá de los períodos de limpieza y mantenimiento que se realizará sobre la instalación a lo largo de su vida útil para compensar inicialmente la reducción gradual por depreciación. Generalmente se estipula un FM = 0.7 ó FM = 0.8, el cual garantiza que la depreciación alcanzada no sea superior al 30% ó 20% de los valores iniciales establecidos en la etapa de diseño. Cuando el factor de mantenimiento relevado es inferior al valor estipulado denota el momento a partir del cual se debe proceder a efectuar el mantenimiento correspondiente. Aplicando a una instalación los modelos de depreciación de flujo de lámparas, depreciación de luminarias, supervivencia, pérdidas por no recuperación total, y una política de mantenimiento de limpiezas masivas bianuales y sustitución del 100% de lámparas cada 3 años, la evolución del flujo de la luminaria se ha indicado en la figura 6.5.


- 134 -

2

Figura 6.5: Modelo teórico de la depreciación existente sobre una instalación de alumbrado vial.

El modelo teórico de la figura 6.5 representa una política de mantenimiento que contempla una limpieza masiva de luminarias cada 24 meses y un cambio masivo de lámparas cada 48 meses. En este caso no se contempla la sustitución correctiva de lámparas pues los puntos de avería han de considerarse repuestos antes del término de 24 hs. [32] De este modo es posible estudiar el comportamiento de la curva que describe la evolución de la depreciación de una instalación sobre la cual se han de efectuar las tareas de mantenimiento mencionadas. La acción conjunta de ambas políticas permite establecer en el punto un salto cualitativo que permite alcanzar los niveles establecidos por la curva que determina la depreciación permanente de la instalación. El equipo de medición es capaz de medir el salto cualitativo en la curva FM(t) cada vez

que se realice una intervención de mantenimiento sobre la instalación. Para tal fin es necesario efectuar mediciones en forma previa y posterior a la aplicación de las tareas programadas y de esa forma evaluar si la ganancia obtenida responde a los resultados que se desea obtener. Un resultado inferior al esperado indicaría deficiencias en las tareas de mantenimiento aplicadas. De esta forma, los responsables de la gestión y explotación del alumbrado de una ciudad o municipio pueden disponer de una nueva herramienta de seguimiento y control de la depreciación lumínica de una instalación basada en la medición del factor FM. El procesamiento adecuado de los datos facilita la planificación de operaciones de mantenimiento y permite ajustar la periodicidad en la aplicación de tareas de limpieza y sustitución masiva de lámparas.

Depreciación Permanente

1

2

48 meses


- 135 -

Las figuras 6.6a y 6.6b muestran la representación gráfica de los datos almacenados a través de las mediciones de campo y permite interpretar rápidamente los niveles de iluminancia asociados a la instalación evaluada y su evolución en el tiempo.

Figura 6.6a y 6.6b: Representación gráfica de monitoreo calle Bernabé Araoz

Calle Bernabé Araoz

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450distancia

recorrida [m]

Iluminancia [lux]

Medición 1 Medición 3 Medición 2

L 3 L 17L 13L9L 4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

480 530 580 630 680 730 780 830 880 930


Iluminancia [lux]

Medición 1 Medición 3 Medición 2Calle Bernabé Araoz


- 136 -

Calle Bernabé Araoz ( 600 - 650 )

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

120 130 140 150 160 170 180 190 200 210[m]

Iluminancia [lux]

Medición 1 Medición 3 Medición 2

L 9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 [m]

Iluminancia [lux]

Medicion 1 Medición 3 Medición 2

Calle Bernabé Araoz ( 500 - 600)

L13

6.3.3 Detección de una luminaria fuera de servicio

El procesamiento de datos referido a mediciones sucesivas en el tiempo permite detectar la presencia de luminaria que se encuentran fuera de servicio. El monitoreo efectuado sobre la instalación descripta en el capítulo 6.3.2 permitió confeccionar una base de datos que registra la evolución del estado de su depreciación a lo largo del tiempo. A través de las figuras 6.7a y 6.7b se analizan los segmentos correspondientes a dos cuadras donde se detectaron lámparas apagadas.

Figura 6.7a y 6.7b: Calle Bernabé Araoz – Detección de lámparas fuera de uso


- 137 -

La reparación de fallos del punto de luz es una de las tareas más importantes que concierne al mantenimiento correctivo. Este tipo de averías no contempla ninguna espera para su reparación y por lo tanto requieren solución inmediata. La representación gráfica de los resultados permite identificar rápidamente las luminarias que se encuentran fuera de servicio, L9 y L13 registradas durante la medición 2. A su vez, la medición 3 evidencia la aplicación de tareas de mantenimiento correctivo puesto que los puntos se encuentran repuestos en la medición final. La tabla 6.8 muestra los registros fotométricos correspondientes a las cuadras donde se detectaron las averías:

� Detección luminaria apagada L9 - Calle Bernabé Araoz (600 – 650) � Detección luminaria apagada L13 - Calle Bernabé Araoz (500 – 600)

Detección luminaria apagada L9

Medición Nº Emed Emax Emin G1 G2

1 31.6 82.5 5.9 0.1 0.2

2 21.4 63.5 2.9 0 0.1

3 31.6 81.1 5.9 0.1 0.2

FM2-1 = 0.7

FM3-1 = 1.0

Detección luminaria apagada L13

Medición Nº Emed Emax Emin G1 G2

1 44.2 125.5 4.9 0 0.1

2 32.4 108.4 1.5 0 0

3 42.5 120.1 5.4 0 0.1

FM2-1 = 0.7

FM3-1 = 1.0

Tabla 6.8: Factor de mantenimiento – Detección de luminarias fuera de servicio


- 138 -

Calle Bernabé Araoz - Medición 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340[m]

diferencia med2-1 %

Luminarias apagadas

L 9 L 13

En este caso el procesamiento de datos se efectúa analizando las condiciones de iluminación en el momento previo y posterior a la aparición de la falla.

El factor FM2-1 analiza las condiciones de iluminación registradas durante la medición 2 y

toma como referencia la medición antecesora inmediata disponible en la base de datos, en este caso la medición 1. Se puede apreciar que la falla en el punto de luz produjo una depreciación del 30 % respecto al instante anterior.

El factor FM3-1 analiza las condiciones de iluminación registradas durante la medición 3 y

toma como referencia la medición correspondiente al momento previo de la aparición de la falla, en este caso la medición 1. Se puede apreciar que el factor de mantenimiento registra un valor igual a la unidad, lo cual evidencia la aplicación de tareas de mantenimiento correctivo que restablecen los valores de iluminancia previos a la detección de la falla. Otra forma de detectar luminarias en mal estado es a través del análisis gráfico que propone la curva de la figura 6.8a. Esta gráfica compara el estado de funcionamiento de una instalación en dos momentos diferentes de su vida útil, pues muestra las diferencias de niveles existentes entre las dos mediciones relativas a los valores obtenidos en la primera medición.

Figura 6.8a: Detección de luminarias en mal estado a través del error relativo

La diferencia med2-1 expresa la desviación máxima de los valores registrados durante la

medición 2, en referencia a los obtenidos mediante la medición 1, condición que refleja el estado de la instalación en el momento previo a la aplicación de las tareas de mantenimiento.


- 139 -

Calle Bernabé Araoz - Medición 3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340


diferencia m

ed 3 -1 %

Se puede observar que los valores de pico de la curva representan la ubicación exacta de las luminarias que se encuentran fuera de servicio.

Figura 6.8b: Detección de luminarias en mal estado a través del error relativo

La diferencia med 3-1 expresa la desviación máxima de los valores registrados durante la

medición 3, en referencia a los obtenidos mediante la medición 1, condición que permite reflejar las condiciones de iluminación existentes en el momento posterior a la aplicación de las tareas de mantenimiento. En la figura 6.8b se puede observar que los valores de pico de la curva han desaparecido como producto de la aplicación de las operaciones de mantenimiento correctivo.

Cuando se realizan monitoreo sobre instalaciones completas, o se efectúa relevamientos sobre determinadas áreas de un municipio la escala del muestreo cobra dimensiones mayores y requiere la representación de los resultados a través de mapas lumínicos. La tabla 6.9 muestra el procesamiento de datos correspondiente al monitoreo efectuado en el capítulo 6.3.5. El relevamiento de las cuatro avenidas se efectúo en forma continua recorriendo el móvil una distancia total de 8.4 km.

Cantidad de luminarias evaluadas 394

Fuera de funcionamiento 11

Ausencia de luminaria 2

Tabla 6.9: Detección de luminarias fuera de servicio durante el monitoreo de 4 avenidas.


- 140 -

El resultado de las mediciones permite identificar en forma precisa y rápida puntos de luz que se encuentran en mal estado. Su identificación en el plano de una ciudad, ver figura 6.9, facilita y simplifica enormemente la planificación de las tareas de mantenimiento correctivo, permitiendo no solo evaluar prioridades en la reparación de las luminarias averiadas, sino también, prever los materiales necesarios para su reposición.

Figura 6.9: Mapa lumínico – Identificación de luminarias fuera de servicio


- 141 -

6.3.4 Reconversión de una instalación – Factor de ganancia

En este caso el análisis y procesamiento de datos tiene por finalidad comparar las condiciones de la Av. Independencia en los momentos previos y posteriores a la reconversión de componentes, estimando el grado de mejoría alcanzado a través del factor FG definido en el capítulo 2.6. Las operaciones de reconversión incluyen solo el recambio de luminarias y lámparas, el resto de los parámetros de la instalación permanecen invariables.

Anterior Nueva

Luminaria Genalex - Za 8426 Strand MBA 70 CO

Lámpara SAP 250 W - Oviodal NAV – T 250 W

Esoft-calculo 60 lux 55 lux

Tabla 6.10: Especificaciones de los componentes nuevos y pre-existentes

La tabla 6.10 muestra además los valores iniciales de ambas instalaciones obtenidos a través de programas de cálculo, donde queda manifiesta la influencia del modelo de luminaria y tipo de lámpara en la distribución de la iluminancia sobre la calzada.

Figura 6.10: Av. Independencia – Reconversión de componentes


- 142 -

La figura 6.10 muestra el aspecto de la instalación antes y después de las obras de reconversión. La vieja instalación evidenciaba un alto grado de depreciación debido a la numerosa rotura e incluso ausencia de componentes. Haciendo uso de la base de datos que conforman los registros históricos de la instalación, se puede acceder a las mediciones fotométricas obtenidas en forma previa a la reconversión. La tabla 6.11 muestra el resultado de aquellas mediciones que estipulaban un factor de mantenimiento muy bajo FM = 0.3 y evidenciaban la necesidad de aplicar las obras de reconversión proyectadas.

Emed Emax Emin G1 G2

Esoft-calculo 60 116 27 0.2 0.5

Anterior 17.8 73.7 1 0.0 0.2

FM = 0.3

Tabla 6.11: Factor de mantenimiento de la instalación anterior

Las tablas 6.12 muestran el resultado de las mediciones que permiten comparar el estado anterior y posterior a la reconversión de componentes. Calzada A


Anterior 17.8 73.7 1 0 0.2

Posterior 55.6 107.4 16.6 0.2 0.5

Calzada B


Anterior 19.3 63.5 1 0 0.3

Posterior 56.8 104.5 21.5 0.2 0.5

Tablas 6.12: Av. Independencia - Factor de Ganancia en la reconversión de alumbrado vial


- 143 -

La comparación de los resultados expuestos en la tabla 6.12 permite apreciar la mejoría en términos de valores medios, máximos, mínimos y uniformidad.

Los factores de ganancia FGA y FGB expresan el aumento conseguido en el nivel de

iluminación correspondiente a ambas calzadas, merced al recambio de componentes efectuado.

FGA = 310 % FGB = 290 %

La nueva instalación posee en la calzada A un nivel de iluminación promedio 3.1 veces superior a la preexistente. Idéntica conclusión se observa en la calzada B, donde los niveles medios actuales superan 2.9 veces los niveles correspondientes a la vieja instalación. Las figuras 6.11a y 6.11b corresponden a las representaciones gráficas de las mediciones de campo efectuadas sobre ambas calzadas.

Figura 6.11a: Reconversión Av. Independencia – Factor de ganancia

Av. Independencia (calzada A)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000


Iluminancia [lux]

Eo Emed Posterior Anterior

FG = 310 %


- 144 -

Av. Independencia (calzada B)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000


Iluminancia [lux]

"Eo" "Emed" Posterior Anterior

FG = 290 %

Figura 6.11b: Reconversión Av. Independencia – Factor de ganancia

Nota: La calzada A corresponde al sentido de circulación E-O, mientras que la calzada B corresponde al sentido de circulación O-E.


- 145 -

6.3.5 Mapa lumínico

El equipo de medición diseñado permite relevar distintas zonas de un municipio en cortos períodos de tiempo, permitiendo establecer un seguimiento y control actualizado del estado de depreciación de sus instalaciones.

Se dispuso efectuar un relevamiento fotométrico de las cuatro avenidas que encuadran el casco céntrico de la ciudad de San Miguel de Tucumán. Las mediciones se realizan en forma continua y sus resultados se representan a través del mapa lumínico de la figura 6.12, el cual permite identificar mediante el código de colores estipulado en la tabla 6.18, los distintos niveles de iluminación existentes sobre la instalación.

En todos los casos se trata de instalaciones con geometría de instalación central con doble brazo y una luminaria por pescante. Los tramos más extensos corresponden a las mediciones efectuadas en las direcciones de referencia S-N y N-S, donde si bien el nombre de dichas avenidas cambia a mitad de su recorrido, por ejemplo Av. Mitre / Av. Alem, las características y componentes de dichas instalaciones siguen siendo las mismas.

Figura 6.12: Monitoreo de instalaciones – Mapa lumínico de avenidas


- 146 -

La tabla 6. 13 muestra el resultado del monitoreo efectuado sobre las cuatro avenidas.

Emed Emax Emin G1 G2 Distancia

Av. Sarmineto 26 123 0.5 0 0.2 1858.5

Av. Mitre Av. Alem

37.6 10.4 1.5 0 0.4 2376

Av. Roca 57.8 194.8 13.2 0.2 0.1 1885.5

Av. Avellaneda Av. Saenz Peña

35.8 104 1 0 0.3 2382

Tabla 6.13: Monitoreo de instalaciones extensas

La figura 6.13 permite establecer comparaciones entre los niveles de iluminación promedio existentes en las cuatro avenidas evaluadas.

Figura 6.13: Monitoreo de los parámetros fotométricos de cuatro avenidas de la ciudad de San

Miguel de Tucumán

La Av. Roca presenta los mejores niveles de iluminación debido a recientes operaciones de mantenimiento. La Av. Sarmiento posee una altura de montaje inferior al resto y además presenta numerosas luminarias fuera de servicio en la cercanía de la plazoleta Mitre, ubicada en la intersección con la avenida de igual nombre. Uno de los datos más relevantes del presente estudio se refiere al tiempo de duración de la prueba. La medición efectuada en forma continua y en modo automático comprendió una distancia total de 8.5 Km. El inicio de las mediciones tuvo como horario de partida: 22:05 hs, culminando a las 22:35 hs.

Monitoreo sobre cuatro avenidas

05

10152025303540455055606570

iluminancia media [lux]

Av. Sarmiento Av. Mitre-Alem Av. Roca Av. Avellaneda-S.Peña


- 147 -

Teniendo en cuenta la presencia del tráfico vehicular liviano, pesado y público, junto a la gran cantidad de semáforos existentes que retrasan la marcha del móvil, el resultado de la prueba permite aseverar que el equipo de medición es capaz de efectuar relevamientos de grandes áreas urbanas en períodos cortos de tiempo, adaptándose de excelente forma a las condiciones que impone la circulación vehicular por las distintas vías de tránsito de una ciudad.

6.4 Otras Aplicaciones

La presente sección tiene por finalidad aplicar la metodología de medición propuesta al estudio de aquellos factores que introducen errores aleatorios en la medición y que fueran identificados en el capítulo 5. El arbolado de una ciudad debe coexistir con el alumbrado público de tal manera que su presencia no afecte el rendimiento de las instalaciones. La presencia de follaje en cercanías de la luminaria afecta la distribución del flujo luminoso de las lámparas en desmedro de la uniformidad sobre la calzada, incluso en ocasiones llega a impedir el correcto funcionamiento de las células fotoeléctricas. El alumbrado comercial también es objeto de estudio, donde el equipo de medición es capaz de registrar los niveles fotométricos en las zonas comerciales de una ciudad. Otros puntos de interés resultan los espacios verdes que representan verdaderos pulmones dentro de las ciudades y municipios, como así también distintos nodos de circulación vehicular como rotondas e intersección de avenidas.

LuxMóviL

Plazas

Parques

Intersección

de Avenidas Rotondas

Arboleda

Alumbrado

Comercial

Otras Aplicaciones


- 148 -

6.4.1 Arboleda El arbolado de una ciudad no sólo contribuye a la estética urbana y al uso social de los espacios públicos, sino que desde el punto de vista ambiental, disminuye el efecto de isla de calor y reduce los niveles de contaminación generados por el intenso tránsito vehicular. A lo largo de la evolución histórica de la ciudad, el desarrollo vegetativo de los árboles ha consolidado en los canales viales verdaderos túneles verdes. La reducción del potencial lumínico de las luminarias posicionadas en el interior de las copas o por encima de los árboles genera grandes superficies de sombra que contribuyen a acrecentar los índices de delito y consecuentemente, la inseguridad urbana. Se requiere entendimiento y cooperación entre la vegetación y la iluminación para que ninguno interfiera en la labor o función que desempeña el otro. La planificación del arbolado debe contemplar criterios de uniformidad de especies y distancias regulares de plantación, mientras que el diseño de instalaciones de alumbrado urbano debe considerar la presencia del árbol, su crecimiento y cuidado. En general, las medidas tomadas por las distintas instituciones responsables del manejo del Arbolado y del Alumbrado se visualizan aisladas entre sí, como una forma de dar respuesta a la necesidad de disminuir la inseguridad nocturna. Es decir, no responden a una planificación acordada y consensuada entre las partes. [33] La figura 6.14 muestra aspectos diferentes en dos tramos de una misma calle.

Figura 6.14: Calle Bernabé Araoz –Influencia del arbolado

Las figuras 6.15a y 6.15b muestran el resultado del relevamiento fotométrico de estas calles. El túnel formado por el arbolado urbano afecta la forma de la curva iluminancia, principalmente en la zona de los valles donde se observan registros muy bajos de los valores mínimos Emin correspondientes. La tabla 6.14 refleja esta situación a través del valor promedio de la medición y sus coeficientes de uniformidad G1 y G2. El factor de mantenimiento obtenido sobre la calle que tiene arboleda arroja un valor de FM = 0.7, mientras que la calle sin influencia de arbolado se obtuvo un factor FM = 1.


- 149 -

La tabla 6.14 muestra el resumen de las mediciones para cada calle en particular.


Sin Arboleda 40.1 88.5 14.6 0.2 0.3

Con Arboleda 27.7 90.6 1 0 0

Tabla 6.14: Influencia del arbolado en instalaciones de alumbrado vial


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

861 871 881 891 901 911 921 931 941 [m]

Iluminancia [lux]


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

596 606 616 626 636 646 656 666 676 686 696 706 716 726 [m]

Iluminancia [lux]

Figura 6.15a y 6.15b: Influencia de la arboleda en el alumbrado vial


- 150 -

6.4.2 Alumbrado comercial

El alumbrado comercial tiene por finalidad estimular el interés de los potenciales clientes que circulan por las calles y centros comerciales de una ciudad. La competencia comercial obliga a elevar los niveles de iluminación de las vidrieras y alienta la colocación de carteles luminosos, que en gran proporción, no respetan las normas municipales referidas al tamaño y sistema de montaje. [34] Se dispone efectuar mediciones de campo en la calle San Martín, importante arteria comercial de la zona céntrica de la ciudad de San Miguel de Tucumán.

Figura 6.16: Influencia del alumbrado comercial

La medición de campo comprende un total de 6 cuadras. El procesamiento de datos se divide en tres tramos claramente diferenciados. En el primer término se destaca la presencia del alumbrado de las fachadas de la Casa de Gobierno de Tucumán y la iglesia San Francisco. El aporte de las mismas se observa en los primeros 50 m de la medición, mientras que en la porción restante, los niveles son escasos debido a que el aporte de alumbrado comercial es aún escaso. La influencia más notable se aprecia en las tres cuadras subsiguientes, donde se destaca la presencia de un elevado número de carteles luminosos, vidrieras iluminadas y accesos a galerías comerciales e instituciones bancarias. El último tramo analizado corresponde a la zona de menor iluminación donde la influencia del alumbrado comercial es prácticamente nula. La tabla 6.15 muestra el resumen de las mediciones registradas.

Emed Emax Emin

Tramo I 15.7 39.6 3.9

Tramo II 33.2 152.3 6.3

Tramo III 9.4 22.9 1.5

Tabla 6.15: Mediciones de campo sobre arteria comercial.


- 151 -

Alumbrado Comercial - Calle San Martín

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800


Iluminancia [lux]

Tramo I = 15.7 lux Tramo II = 33.2 lux Tramo III = 9.4 luxEo tramo I Eo tramo II Emed tramo III

El capítulo 5.1 califica a este tipo de alumbrado como una variable capaz de introducir errores aleatorios en la medición, puesto que su aporte es difícil de predecir durante un relevamiento fotométrico. Sin embargo, el equipo de medición ofrece la posibilidad de realizar mediciones en áreas comerciales de una ciudad permitiendo establecer consideraciones respecto a la distribución del flujo luminoso sobre las vías de tránsito asociadas. La figura 6.17 muestra la representación gráfica de los tramos evaluados en forma continua.

Figura 6.17: Calle San Martín – Influencia del alumbrado comercial.


- 152 -

6.4.3 Plazas

Las plazas conforman un espacio público de recreación y esparcimiento para sus vecinos a la vez que actúan como verdaderos pulmones de una ciudad. Generalmente se pueden distinguir dos tipos de iluminación coexistentes en un mismo entorno. La iluminación decorativa integra los distintos componentes de la misma, monumentos, fuentes, espacios verdes, veredas, etc.; por otra parte, se destaca la iluminación de las vías de tránsito que circundan las mismas y que deben responder a las demandas visuales típicas requeridas en las vías de transito.

Figura 6.18a: Plaza Urquiza Figura 6.18b: Plaza Alberdi

Las figura 6.18a y 6.18b muestran a través de distintas imágenes las características principales de dos plazas de la ciudad de San Miguel Tucumán. Las mediciones se efectúan en forma continua a partir de la calzada Oeste y en sentido horario. El procesamiento de datos se efectúa considerando las distintas calzadas de su entorno en correspondencia con los puntos cardinales respectivos:

Figura 6.18: Identificación de calzadas en el entorno de una plaza

Calzada Norte

Calzada Sur

Calzada

Este

Calzada

Oeste


- 153 -

El plano de la figura 6.19 detalla la disposición de las distintas geometrías de instalación.

Figura 6.19: Plaza Urquiza – Plano y geometrías de instalación

La tabla 6.16 muestra el resultado de la medición efectuada en forma continua a partir de la calzada Oeste y en sentido horario. La calzada Oeste presenta un nivel de iluminación disminuido en parte por la presencia de una abundante vegetación. La calzada Norte corresponde a una avenida de doble calzada con luminarias adicionales en las esquinas, presenta sin dudas el mejor nivel de iluminancia. La calzada Este presenta una instalación en tresbolillo con seis puntos de luz, uno de los cuales se encuentra fuera de servicio. La calzada Sur también posee un punto de iluminación fuera de servicio, lo cual repercute directamente en el valor de la iluminancia promedio de la calzada.

Calzada Emed Emax Emin G1 G2

Oeste 19.4 68.8 2 0 0.1

Norte 52.7 114.3 9.8 0.1 0.2

Este 12.7 37.1 1 0 0.1

Sur 16 71.3 1.5 0 0.1

Tabla 6.16: Plaza Urquiza - Resultados de la medición de campo

Calzada Norte

Calzada Sur

Cazada Oeste

Cazada Este


- 154 -

Plaza Urquiza

0

20

40

60

80

100

120

140

0 25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

425

450

475


Iluminancia [lux]

Calzada Oeste Calzada Norte Calzada Este Calzada Sur

Figura 6.21: Plaza Urquiza – Vistas de calzadas

Figura 6.20: Plaza Urquiza – Registros fotométricos


- 155 -

La plaza Juan Bautista Alberdi se encuentra ubicada frente a la estación terminal del Ferrocarril Mitre. Al movimiento que imprimen los trenes de carga y pasajeros, se suma el emplazamiento de una feria artesanal durante la temporada turística de invierno, dando vida a este espacio verde de la ciudad.

Figura 6.22: Plaza Alberdi – Plano y geometrías de instalación

La tabla 6.17 muestra el resultado de la medición efectuada en forma continua a partir de la calzada Oeste y en sentido horario. La calzada Oeste denota la falla de tres luminarias y una ausente. Por ende es la calzada con menor iluminación promedio. La calzada Norte recibe la contribución de dos reflectores que iluminan la fachada de la

estación de trenes y corresponde a la calzada mejor iluminada. La calzada Este corresponde a una avenida cuyo factor de mantenimiento registra un índice inferior a 0.5 . Esto indica un elevado grado de depreciación para una instalación de su tipo, situación que se refleja en la forma de la curva registrada. Por último, la calzada Sur presenta un estado aceptable en sus instalaciones sin embargo

refleja la influencia del arbolado y alumbrado comercial existente en el entorno.

Calzada Emed Emax Emin G1 G2

Oeste 4.9 11.2 1.5 0.1 0.1

Norte 26 94.2 6.3 0.1 0

Este 7.1 22.5 1.5 0.1 0

Sur 17.5 80.6 5.9 0.1 0

Tabla 6.17: Plaza Alberdi - Resultados de la medición de campo

Calzada Sur

Calzada Norte


- 156 -

Figura 6.23: Plaza Alberdi – Registros fotométricos

Plaza Alberdi

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 25 50 75 10

0 12

5 15

0 17

5 20

0 22

5 25

0 27

5 30

0 32

5 35

0 37

5 40

0 42

5 45

0 distancia recorrida [m]

Ilu

minancia [lu

x]

Calzada Oeste Calzada Norte Calzada Este Calzada Sur

Figura 6.24: Plaza Alberdi – Vistas de calzadas


- 157 -

6.4.4 Parques

El parque 9 de julio dista solo 10 cuadras de la plaza principal de la ciudad de San Miguel de Tucumán y conforma un espacio recreativo muy importante para su población. Centro de actividades recreativas culturales y deportivas comprende 100 hectáreas que actúan como un verdadero pulmón de la ciudad. Construido con motivo de la celebración del primer centenario de la declaración de la independencia argentina, 9 de julio 1816, hecho acontecido precisamente en esta ciudad. El trazado del parque fue realizado por el paisajista francés Carlos Thays, en 1916, quien fuera el diseñador del Parque San Martín de la provincia de Mendoza, la Plaza San Martín y Parque 3 de Febrero en Buenos Aires, el Parque Sarmiento en Córdoba, entre otros.

Figura 6.25: Parque 9 de Julio – San Miguel de Tucumán

Su interior está repleto de réplicas de esculturas clásicas, bares y restaurantes de buen nivel, se encuentra el Museo de la Industria Azucarera, el lago San Miguel, el jardín Rosedal y su Reloj Floral. También funciona la Casa de la Cultura, Autódromo Provincial, Club Hípico, Universidad Nacional de Tucumán, entre otros organismos y clubes.

La planificación previa de las mediciones estableció una trayectoria tal que permitiera recorrer todas las zonas en forma continua.

Distancia total recorrida = 4.6 km Velocidad promedio estimada = 30 km/h Tiempo de la medición: = 13 min


- 158 -

Al cabo de cada medición, los archivos Excel de registro de datos y resultados finales de la medición, fueron almacenados en forma automática en una base de datos común titulada “Parque.xls”. El capítulo 4.3.5.2 describió las ventajas que ofrece esta modalidad que almacena todos los archivos en una misma planilla. Cuando el relevamiento fotométrico se efectúa sobre un área de gran escala, la representación gráfica puede tomar forma a través de la confección de un mapa lumínico que represente, a través de un código de colores, los distintos niveles de iluminación de las vías de tránsito evaluadas. La tabla 6.18 muestra la gama de colores escogidos y sus niveles asociados:

Tabla 6.18: Código de colores

Tabla 6.19: Código de colores asignados a los niveles de iluminancia registrados durante el

monitoreo del parque 9 de Julio.

60 – 70 lux

50 – 60 lux

40 – 50 lux

30 – 40 lux

20 – 30 lux

10 – 20 lux

0 – 10 lux

60 – 70 lux

50 – 60 lux

40 – 50 lux

30 – 40 lux

20 – 30 lux

10 – 20 lux

0 – 10 lux

Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 Zona 5 Zona 6

Tramo 1 24.2 34.1 41.8 16.0 24.7 24.0

Tramo 2 20.6 15.3 15.2 26.3 14.9

Tramo 3 32.5 18.8 31.5 11.6 17.6

Tramo 4 36.1 14.1 16.3 12.5 9.5

Tramo 5 48.8 31.0 26.5 20.4 31.0

Tramo 6 56.9 20.9 24.0

Tramo 7 63.6 25.6

Tramo 8 42.2

Total 40.4 34.1 24.2 21.0 19.1 23.6


- 159 -

La figura 6.26 representa el mapa lumínico correspondiente a las calles internas del parque 9 de Julio.

Figura 6.26: Mapa Lumínico – Parque 9 de Julio


- 160 -

6.4.5 Intersección de avenidas

Las intersecciones de avenidas conforman un punto de singular importancia donde las demandas visuales tanto de los conductores como de los peatones son mayores a las usuales. Es por ello que el diseño de alumbrado vial de estos nodos requiere un mayor nivel de iluminación. Dicha situación se contempla con la disposición de columnas de mayor altura y lámparas de mayor intensidad. Se dispuso efectuear mediciones en la intersección de dos avenidas a los fines de constatar los niveles de iluminación existentes.

Datos de la instalación: Altura: 16 m Cantidad de luminarias por columnas: 4 Cantidad de pescantes por columna: 2 Longitud del pescante: 3.5 m Distancia evaluada: m Tipo de luminaria: Strand MBA70 Tipo de Lámpara: SAP400 m

Figura 6.27: Niveles de iluminación en intersección de avenidas


- 161 -

0 1

2

3

4

5

6

7

La figura 6.28 muestra la disposición de luminarias en la intersección de avenidas evaluada.

Figura 6.28: Plano correspondiente a la intersección de avenidas

La tabla 6.20 ayuda a identificar los sentidos de circulación del tránsito en ambas avenidas.

Av. Alem Av. Roca

Calzada A N - S O - E

Calzada B S - N E - O

Tabla 6.20: Sentido de circulación de tránsito en las avenidas evaluadas

Se espera medir el nivel de iluminación en ambas avenidas y luego analizar el tramo correspondiente a la intersección.

Av. Alem

calzada A

calzada B

Av. Roca

N

E O

S

calzada B calzada A


- 162 -

El botón de comando “Ida / Vuelta” de la pantalla de presentación descrito en el capítulo 4.3.5.1, permite transponer los datos correspondientes a la calzada B de una avenida. De

esta forma, es posible representar ambas calzadas, A y B, dentro de un mismo sistema de referencia como muestra la representación gráfica que las figuras 6.29a y 6.29b. Las zonas sombreadas representan la porción correspondiente a la intersección de ambas avenidas. Las formas de ambas curvas obtenidas reproducen las condiciones indicadas en el plano de la figura 6.28, donde los niveles de intensidad alcanzados son

similares, aunque la conformación de sus curvas son distintas debido a la diferencia de geometría de las instalaciones existentes.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250[m]

Iluminancia [lux]

Calzada A Calzada BAv. Roca

Figura 6.29a y 6.29b: Registro fotométrico en intersección de avenidas

Av. Alem

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 [m]

Ilumi

na

nci

a

[lu

x]

Calzada A Calzada B


- 163 -

6.4.6 Rotondas Una rotonda es un emplazamiento vial circular destinado a la distribución del tránsito, que se encuentran en la encrucijada de dos o más vías públicas y permite la circulación giratoria. Se estila instalar luminarias en el borde exterior de estas para que iluminen tanto el ingreso como las salidas. Si el tamaño de la rotonda es pequeño y el terraplén central no es muy grande, se puede iluminar con una columna alta de brazos múltiples, ver figura 6.30a. En otros casos resulta más útil situar las luminarias en el borde del terraplén en las prolongaciones de las calles que desembocan en esta, ver figura 6.30b. [35]

Figura 6.30a: Plazoleta Mitre Figura 6.30b: Plazoleta Dorrego

Las figuras 6.31a y 6.31b muestran la distribución de las luminarias instaladas.

Figuras 6.31a y 6.31b: Geometrías de instalación de las rotondas relevadas

Av.

Av.


- 164 -

Plazoleta Dorrego

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110 [m]

Iluminancia [lux]

Cuadrante 1 Cuadrante 2 Cuadrante 3 Cuadrante 4

Las figuras 6.32 a y 6.32 b muestran el resultado de las mediciones efectuadas en ambas rotondas.

m

Plazoleta Mitre

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10

20

30

40

50

60

70

80

90[m]

Iluminancia [lux]

Cuadrante 1 Cuadrante 2 Cuadrante 3 Cuadrante 4

Figura 6.32a y 6.32b: Representación fotométrica de rotondas


- 165 -

6.5 Futuras aplicaciones

El equipo de medición encuentra aplicación en otros tipos de alumbrados, se destacan: alumbrado de túneles, playones de estacionamiento, instalaciones deportivas, etc. El caso de rutas y puentes internacionales contempla en muchos casos la participación de empresas privadas.

6.5.1 Puentes interprovinciales o internacionales

La construcción de un puente es el resultado de elaborados proyectos de ingeniería cuyas obras demandan mucho tiempo e inversión. El proyecto de iluminación se incorpora generalmente en el último período de la obra, comprendiendo no solo la iluminación de las calzadas, sino también rotondas y playones de peajes ubicados en los accesos. La explotación y mantenimiento de estos complejos por parte de empresas privadas o consorcio de empresas, marca la tendencia actual en muchos países. Dichas empresas asumen el mantenimiento y control de las instalaciones a través de concesiones por sistema de peaje y subsidio, cuyos plazos alcanzan 25 o 30 años. Se destacan en gran número los puentes con doble calzada, dos carriles y separador central, que generalmente son iluminados por instalaciones centrales o bilaterales. Los criterios y elementos para el diseño de la instalación de alumbrado de un puente son los mismos a aquellos considerados para el alumbrado vial de una ciudad. Los criterios referidos a la uniformidad, deslumbramiento, temperatura de color de las lámparas, etc., encuentran soluciones a través del diseño introducido por la geometría de instalación y la correcta selección de componentes. El complejo Rosario - Victoria de reciente inauguración, concreta la conexión interprovincial entre Santa Fe - Entre Ríos y constituye uno de los principales accesos a las vías de comunicación con Brasil y Uruguay. Su longitud total de 59.4 Km está compuesta por 12,1 Km de viaductos y 47.3 Km de terraplenes.

Figura 6.33: Instalación complejo “Rosario – Victoria”

Características de la instalación Geometría: Central

Altura: 12 m

Luminarias por columna: 2

Ancho calzada: 7 m

Pescante: 0 m

Vano: 35 m

Viaducto

Luminaria: 5NA 572 Lámpara: Osram Vialox - SAP 400 W Cantidad: 284

Rotondas

Luminaria: 5NA 572 Lámpara: HmgAlogenado 400 W Cantidad: 215

Peaje

Proyector: 5NA 717 1 – Osram Powerstar HmgAlogenado 1000 W Cantidad: 80

Componentes de la instalación


- 166 -

La explotación y mantenimiento de una obra de semejante envergadura requiere la implementación de un monitoreo regular de la prestación del servicio de alumbrado que ofrecen las instalaciones. La falta de disposición de cunetas dificulta la realización de registros fotométricos en forma manual, ya que por razones de seguridad este tipo de medición requerirá la interrupción del tráfico automotor aún durante los horarios de menor intensidad de tráfico. El equipo de medición “LuxMóviL” permitirá realizar monitoreos regulares de la instalación en forma continua adaptándose a las condiciones de circulación reinantes en el entorno, y permitirá evaluar si la calidad del servicio corresponde a los estándares estipulados en los contratos de concesión.

6.5.2 Autopistas Las autopistas son vías de tránsito muy rápidas con velocidades máximas de hasta 120 Km/h, con calzadas de manos separadas por una baranda central, de dos hasta cuatro carriles de circulación. Se destaca la presencia de cruces a nivel con control de accesos y salidas y playones de peaje y sin presencia de peatones. Según estas características corresponde clasificarla como vía de tránsito Clase A, según norma IRAM-AADL J2022-2. Los indicadores de calidad aplicados a la clasificación vía de tránsito Clase A son especificados como “Parámetros Cualitativos y Cuantitativos del Alumbrado de Calzadas” y corresponden a la Luminancia Media “Lmed” y Regularidad General y Longitudinal, “Uo” y “UL” de la calzada. Otros indicadores aplicables pueden ser la iluminancia media sobre la calzada “Emed” y Regularidades “G1” y “G2”. [36]

Figura 6.34: Instalaciones típicas – Geometría central


- 167 -

El equipo de medición diseñado conforma una nueva herramienta que posibilita efectuar un seguimiento de la depreciación que sufren las instalaciones de alumbrado a lo largo del tiempo. Las empresas concesionarias y los organismos de control disponen pues, de una nueva metodología de medición y control que permite evaluar los parámetros luminotécnicos existentes sobre la calzada. La implementación de inspecciones de monitoreo conlleva a la implementación de bases de datos informáticas que permiten el registro de las operaciones de mantenimiento efectuadas sobre la instalación. La detección de luminarias fuera de servicio conduce a tareas de mantenimiento correctivo consideradas de gran importancia en este tipo de vía de tránsito, pues una deficiente política en este sentido conduciría a un aumento en el índice de accidentes y disconfort visual de los usuarios. La figura 6.35 muestra distintas intersecciones y enlaces existentes en una autopista. Las características funcionales del equipo de medición diseñado permiten una perfecta adaptabilidad a las condiciones de circulación reinantes en las calzadas y su entorno. A diferencia de las calles correspondientes a áreas residenciales de un solo sentido de circulación, el caso de avenidas y autopistas determina eventualmente la necesidad de registrar valores de medición sobre varios carriles.

Figura 6.35: Intersecciones y enlaces en autopistas

“LuxMóviL” y su metodología de medición asociada permiten confeccionar bases de datos seguras y flexibles a través de las cuales es posible determinar la conveniencia en la aplicación de tareas de mantenimiento y constituye una nueva herramienta de control que facilita la planificación y programación de las distintas políticas de mantenimiento asumidas por los responsables de la gestión y mantenimiento de las instalaciones de alumbrado.


- 168 -

6.5.3 Instalaciones deportivas

El objetivo del alumbrado deportivo consiste en proveer un entorno luminoso apropiado para jugadores y espectadores atendiendo las exigencias referidas a los niveles, uniformidad, modelado, contraste, color, deslumbramiento, etc. Para retransmisiones de TV color y grabación de películas se requiere un nivel de iluminancia vertical de al menos 800 lux, no obstante este valor puede aumentar con la distancia de la cámara al objeto. Los aspectos referidos al mantenimiento de las instalaciones contemplan factores de mantenimiento de 0.8 o 0.7 según las normas aplicadas. Los responsables del mantenimiento precisan disponer de medios que permitan evaluar la calidad de iluminación que prestan las instalaciones. Las técnicas de medición manual comprenden una ardua tarea teniendo en cuenta las dimensiones de los campos de juego. La figura 6.36 a muestra una rejilla de medición sobre una cancha de tenis con 98 puntos de medición con una grilla aproximada de 3 x 3 metros. La figura 6.36b muestra una grilla de medición relacionada a un campo de juego de fútbol sobre la cual se puede apreciar la gran cantidad de puntos de medición.

Figura 6.36 a y b: Grillas de medición sobre campos de juego

Es posible adaptar el sistema de medición diseñado al relevamiento fotométrico de instalaciones deportivas de distinta índole. “LuxMóviL” ofrece la posibilidad de conformar un sistema de medición multi-point a través de los 16 canales de entrada analógica disponibles en la tarjeta de adquisición de datos, el cual posibilita la adquisición simultanea de datos a partir de fotocélulas dispuestas en forma apropiada según indica la figura 6.37 a. La figura 6.37b muestra el tipo de móvil empleado durante las tareas de mantenimiento del campo de juego. Diferentes modelos y marcas ofrecen diseños adaptados para cortar el césped, transporte de cargas, traslado de jugadores lesionados durante las instancias de competición, etc. Este tipo de vehículo se adapta perfectamente a las características del equipo de medición como así también a las condiciones de circulación del entono.


- 169 -

Figura 6.37 a y b: Montaje del equipo de medición

La disposición multi-point reduce el tiempo de ejecución de las tareas de medición registrando en forma continua y automática los niveles de iluminación bajo los mismos principios de funcionamiento y operación que el modelo “LuxMóviL” diseñado para instalaciones de alumbrado vial. El equipo de medición diseñado puede actuar como instrumento de validación de los parámetros de diseño referidos a instalaciones nuevas, así como también, puede ser utilizado como herramienta de monitoreo que facilita las tareas de mantenimiento a lo largo de su vida útil.

Figura 6.38: Relevamientos fotométricos en instalaciones deportivas

- 170 -

Conclusiones Capítulo 7

7.1 Conclusiones generales

7.2 Metodología de medición

7.3 Equipo de medición

7.4 Procesamiento de la información

7.4.1 Validación de los parámetros de diseño

7.4.2 Monitoreo de Instalaciones

7.5 Perspectivas futuras

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7.2 Conclusiones generales

Dentro de los aspectos específicos de una instalación de alumbrado urbano, una de las principales problemáticas que enfrenta reside en su característica de exposición constante al medio ambiente que determina una perdida de eficacia a través del tiempo por causa de la polución ambiental. Las referidas a su funcionamiento, toman en cuenta el envejecimiento propio de los materiales y las fallas aleatorias de sus componentes. Si a esta problemática se suma la falta de mantenimiento, se obtiene como consecuencia un efecto contraproducente sobre la seguridad y la imagen de una ciudad, se corre el riesgo además de un aumento de la tasa accidentes nocturnos y se incurre en costos energéticos indirectos adicionales. En el alumbrado urbano, gestionado por entidades públicas y sometido a condiciones de servicio, esta problemática puede ser especialmente grave. Cuando el servicio es responsabilidad de empresas del sector privado, los organismos de control pertinentes precisan herramientas confiables para evaluar el desempeño de las mismas y asegurar el cumplimiento de las pautas establecidas en los contratos. Cuando el mantenimiento de las instalaciones es concedido a una empresa privada, la calidad del servicio establecida en los contratos se basa generalmente en mantener la tasa de averías por encima de un valor predeterminado y en tiempos mínimos de reparación por punto de luz. Esta metodología de control utiliza el factor referido al porcentaje de averías permanente para evaluar del estado de funcionamiento de una instalación. El sistema de medición diseñado responde una nueva metodología de seguimiento y control basado en la evaluación del estado de depreciación de las instalaciones. Esta metodología de control define al factor FM como parámetro de medición y evaluación de la depreciación existente en una instalación. El Factor de Mantenimiento relaciona las condiciones iniciales y actuales de una instalación permitiendo estimar la reducción gradual de las condiciones de iluminación por efecto de la depreciación. La reiteración de las mediciones a lo largo del tiempo permite confeccionar una base de datos permanentemente actualizada. El procesamiento de esta información a través de gráficos y mapas lumínicos, permiten evaluar y controlar el grado de depreciación de las instalaciones. El sistema de medición diseñado es capaz de registrar en modo continuo los niveles de iluminancia existentes en las vías de tránsito de una ciudad o municipio en un corto período de tiempo. Una ciudad con 20.000 puntos de luz podría ser relevada en forma completa en el término de dos o tres días, estableciendo una estimación precisa sobre el estado de depreciación en sus instalaciones. El equipo de medición otorga un método fiable de evaluación y control para los funcionarios responsables de la gestión y explotación del servicio de alumbrado vial que se desempeñen en el ámbito de organismos gubernamentales, entes reguladores, municipios, empresas concesionarias, etc. El prototipo diseñado presenta una acabada terminación y se encuentra listo para ser transferido al mercado como un nuevo sistema de medición y registro fotométrico aplicado a las instalaciones de alumbrado vial.

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7.2 Conclusiones respecto a la metodología de medición

Si bien las estructuras administrativas difieren de un municipio a otro, se distinguen dos protagonistas principales relacionados al desempeño del equipo y sus funciones.

Personal de inspección nocturna:

Las tareas de inspección nocturna tienen por finalidad la identificación de puntos luz en mal estado y el control del correcto funcionamiento de las fotocélulas que controlan el encendido y apagado de las instalaciones. Dichas tareas se implementan a través de cuadrillas que recorren e inspeccionan visualmente las instalaciones, registrando en planillas sus observaciones. La metodología propuesta reemplaza las actuales técnicas de medición manual, inspección visual y registro de planillas por un sistema de medición automático que genera registros Excel al cabo de cada medición. El dispositivo móvil diseñado formará parte del instrumental de medición asociado a las tareas de inspección nocturna. El personal

que compone las cuadrillas de inspección ha sido identificado como potencial responsable de la operación del equipo de medición.

Personal de procesamiento de datos:

El analista de datos trabaja en intima relación con los responsables a cargo de la programación de las políticas de mantenimiento y planificación de las tareas de mantenimiento. El personal encargado del procesamiento de datos es quien determina a priori las consideraciones referidas a las mediciones de campo y luego establece el análisis de los datos pertinentes. La programación de las tareas debe incluir todas las consideraciones que el personal de inspección nocturna ha de tener en cuenta durante la medición; lugar, distancia, carril y sentido de circulación, franja horaria, etc., especificadas en el capítulo 3.6.

El personal a cargo procesa mediante curvas y mapas lumínicos la información adquirida durante las mediciones de campo. A su vez, tiene la importante misión de ordenar los archivos dentro de una base de datos flexible y ordenada. Las grabaciones de audio registran las apreciaciones referidas al estado que presenta la instalación y su entorno durante las mediciones. Esta opción conforma una herramienta muy preciada para los analistas, pues permite una mejor interpretación durante el procesamiento de los datos adquiridos.

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Resistencia al cambio:

� La implementación de una nueva metodología de control define nuevos procedimientos de medición que requieren un tiempo de adaptación para lograr una correcta aplicación. La resistencia al cambio de las metodologías convencionales puede ser vencida por distintos medios de manera tal que hagan comprender a los organismos interesados los distintos beneficios de la metodología propuesta.

Seguridad:

El equipamiento e instrumental de medición que involucra las mediciones fotométricas de alumbrado vial (luxímetros, luminancímetros, multímetros, PC portátiles, etc.), generalmente son de una sofisticación y costo muy elevado. Los técnicos encargados de relevar los parámetros fotométricos de una instalación a menudo deben recurrir en apoyo de fuerzas de seguridad cuando las tareas se desempeñan en ciertas áreas suburbanas o autopistas.

� Las características funcionales del equipo de medición diseñado permiten realizar mediciones en forma continua y automática, sin la necesidad de descender del vehículo.

� El aspecto de los dispositivos sensores que se colocan en la parte

externa del vehículo conservan una apariencia sobria a los fines de desalentar actos de vandalismo.

7.3 Conclusiones respecto al equipo de medición diseñado El diseño del prototipo contempla las características definidas en los capítulos 3.3.1 y 3.3.2 de modo tal que logra cumplir las especificaciones que requiere la aplicación de la metodología de medición propuesta.

� Equipamiento portátil � Funcionamiento en modo automático y continuo � Adaptable a todo tipo de vehículo � Fácil instalación

La utilización del lenguaje de programación G permitió cumplir ampliamente los requisitos que fueran definidos en el capítulo 3.3.3, para el diseño de un sistema de adquisición de datos en tiempo real que considere la adquisición de señales, procesamiento de los datos registrados, presentación y almacenamiento de los resultados obtenidos.

� Almacenamiento de datos � Diseño de interfaz gráfica � Operación sencilla. � Presentación de resultados in-situ.

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Los desarrollos experimentales diseñados en laboratorio y campo confirman la hipótesis de que es posible monitorear y controlar el estado de depreciación de las instalaciones de alumbrado urbano mediante el registro móvil de datos. Con el propósito de fijar los valores de mérito que registra el equipo, se dispuso una serie de ensayos a los fines de determinar cual es el orden de tolerancia del error en la medición. El ajuste de los ensayos y las consideraciones establecidas en el capítulo 5.4, permitieron diseñar los ensayos contemplando minimizar la incidencia de los errores aleatorios presentes en la medición.

� Los ensayos de laboratorio y campo efectuado en el capítulo 5 permitieron establecer la relación existente entre el ancho de la cinta reflectante y el límite máximo en la velocidad de circulación. El resultado de dichos ensayos permite concluir la implementación de un ancho de cinta reflectante igual a 20 cm para un límite máximo de velocidad igual a 50 Km/h.

� La correlación de datos entre registros puntuales y dinámicos

efectuados sobre una misma instalación, permitieron la realización de los ensayos de velocidad y repetitividad conducentes a determinar el error que introduce el equipo en la medición. La comparación de las tablas 5.9 y 5.10 permite establecer que el error de repetitividad es del mismo orden al establecido por el error que introduce la condición dinámica de la medición. Se establece que el error de la medición en referencia a la curva estática no supera el 5 %.

� El conjunto de pruebas y testeo que se realizara en distintas calles y

avenidas del distrito Capital Federal de la provincia de Buenos Aires tuvo por finalidad evaluar la performance del equipo en escenarios reales de operación, como así también, establecer consideraciones respecto al montaje: operación: funcionamiento; procesamiento y registro de datos, diseño de interfaz gráfica y metodología empleada. Las experiencias recogidas significaron un aporte fundamental en la etapa de diseño del equipo y perfeccionamiento de sus prestaciones.

Elección de sistema sensor rueda: Una de las principales innovaciones que plantea la metodología es la de relevar la curva iluminancia en forma dinámica y continua, sustituyendo las actuales técnicas de registro puntual bajo las luminarias. El estudio del comportamiento de las señales efectuado en el capítulo 3 permite establecer el empleo de un sistema sensor montado sobre la rueda del automóvil para la indicación de la distancia recorrida por el móvil. A su vez, este sistema es el encargado de proveer la señal de muestreo necesaria para la adquisición y conversión analógica/digital de los datos adquiridos.

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El capítulo 3 aborda en detalle los fundamentos de la medición dinámica a través del estudio del comportamiento de la señal analógica y digital que intervienen en la medición.

� El sistema propuesto permite el ajuste dinámico de la frecuencia de muestreo para distintas velocidades de circulación. Esta circunstancia determina que las mediciones fotométricas realizadas por el instrumento puedan ser realizadas a través de distintas velocidades durante la medición, sin que ello afecte el resultado de la misma.

� Los sistemas de registro que utilizan frecuencias de muestreo

uniforme, en cambio, están obligados a desarrollar una velocidad de desplazamiento constante durante la medición y exigen el ingreso de los parámetros de muestreo en forma previa a la realización del ensayo de medición.

Las características de funcionamiento de los sistemas de alumbrado vial, junto a las condiciones que imponen las normas de circulación vehicular, determinan la necesidad de aplicar una metodología que se adapte a las condiciones reinantes en el marco considerado.

� La adquisición de datos en el sistema de medición propuesto

está directamente relacionada al paso de la cinta reflectante frente al sensor, esto implica que la detención forzada del móvil bajo cualquier condición, por ejemplo; semáforos; bocacalles; embotellamientos; cruces peatonales, etc.; no condicionan la medición. Los casos anteriormente expuestos reflejan la adaptabilidad del sistema de medición a las condiciones de desplazamiento del automóvil por las distintas vías de tránsito de una ciudad.

Acoples magnéticos:

� La disposición de los elementos sensores colocados en la parte externa del vehículo se realiza a través de acoples magnéticos, que facilitan el montaje. De esta manera se de cumplimiento a las premisas c) y d) impuestas en las características generales del diseño del equipo referidas en el capítulo 3.3.1.

Modo de alimentación:

� El sistema utilizará como fuente de alimentación el conector del encendedor del móvil, salida de 12 Vcc, disponible en cualquier marca y modelo. Se incorpora además un módulo conversor de tensión 12 Vcc–220 Vca capaz de brindar la tensión de alimentación necesaria que requiere la Pc portátil y evitar de esta forma, el uso de baterías recargables.

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Figura 7.1: Proceso iterativo del diseño

Software del equipo de medición: Debido a la similitud con a los paneles frontales de instrumentos reales, los programas realizados en base al software Labview reciben el nombre de instrumentos virtuales. Su metodología gráfica de programación ofrece enormes ventajas sobre los tradicionales lenguajes de programación lineal.

� El concepto de instrumentación virtual involucra varios trabajos que deben ser desarrollados para la medición de variables físicas: muestreo de señales; conversión A/D; cálculos y algoritmo, almacenamiento en planilla Excel, distribución y despliegue de los datos e información relacionados con la medición de una o más señales específicas. A diferencia de los equipos Data Loggers convencionales, el instrumento virtual no se conforma con la adquisición de la señal, sino además, implica la interfaz Hombre-Máquina, las funciones de análisis y procesamiento de señales, las rutinas de almacenamiento de datos y la comunicación con otros equipos.

� El equipo de medición se define como un sistema de adquisición en tiempo

real, pues permite apreciar el desarrollo de las mediciones durante su ejecución a través de indicadores numéricos y gráficos. Gracias a ellos, el operador del equipo tiene la posibilidad de chequear el correcto funcionamiento del equipo durante las mediciones, cotejando las condiciones del entorno y su iluminación con los resultados instantáneos representados en la pantalla de presentación.

Diseño interfaz gráfica: El diseño de interfaces es una disciplina que estudia y trata de poner en práctica procesos orientados a construir la interfaz más usable posible, dadas las condiciones de entorno. El capítulo 4.3.5 cuantifica la usabilidad de un producto a través de la utilidad, facilidad de uso, facilidad de aprendizaje y apreciación. Cada una de estas consideraciones fue aplicada con éxito durante la etapa de diseño de la interfaz, haciendo especial hincapié en la facilidad de aprendizaje, establecida como criterio de diseño bajo la premisa “Operación Sencilla”, referida en el capítulo 3.3.2.

El diseño iterativo de interfaces es un proceso independiente de las técnicas utilizadas para llevarlo a cabo y se concibe como un ciclo que consta de las 4 etapas mostradas en la figura 7.1.

El resultado de cada etapa es la alimentación de la que sigue, incluso el de la última. Los resultados de la etapa de evaluación se toman para re-diseñar la interfaz, implementarla nuevamente, medir, y así sucesivamente, tratando de hacer tantos ciclos de mejoramiento como sea posible, hasta la fecha límite.

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Es importante comprender que este ciclo no sólo se cumple dentro del ciclo de vida de un producto, sino también entre productos. La siguiente versión, tomará el producto existente como su comienzo y otra vez comenzará el ciclo. Se espera de esta forma actualizar la versión LuxMoviL 1.1 diseñada, mediante la incorporación de nuevas aplicaciones como la referida en el capítulo 6.5.3 “Instalaciones Deportivas” a través de la modalidad Multi-point y mejoras en la prestación del equipo a través de la constante innovación tecnológica que imprime el diseño de nuevos componentes, productos y tecnologías sugeridas en el Anexo VI.

Figura 7.2: Diseño final de la interfaz gráfica con el usuario

Archivo ejecutable:

� El lenguaje de programación escogido permite la creación de un archivo ejecutable que puede funcionar en un computador sin la necesaria existencia del programa de base Labview.

Planillas de cálculo Excel:

� El diseño de la planilla de cálculo contempla no solo el registro de los datos adquiridos y los resultados determinados en la medición, sino además, permite el registro de todas las variables de ingreso introducidas al sistema por parte del operador; Eo, Radio Sensor, etc.

� Cuando se desee relevar tramos cortos dentro de una misma instalación, por ejemplo cada 150 m, no es necesario que el operador identifique cada tramo con un nombre particular, porque dicha tarea demandaría un tiempo mínimo de 2 a 3 minutos, entre una muestra y otra. En este caso se recomienda realizar todas las mediciones bajo un mismo nombre de archivo. Todas las mediciones que se realizan bajo un mismo nombre, se registran y graban en forma consecutiva dentro de una misma planilla de cálculo Excel, ver figura 4.10.

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7.4 Procesamiento de la información

La aplicación del equipo de medición diseñado encuentra situaciones diferentes cuando se aplica sobre:

� instalaciones nuevas; donde podrá actuar como herramienta de validación de los parámetros establecidos en la etapa de diseño

� instalaciones existentes; donde actuará como herramienta de monitoreo y detección de fallas.


Los municipios que carecen de recursos propios suficientes delegan la ejecución de obras a manos de empresas privadas. Una vez finalizadas las obras, las nuevas instalaciones pasan a ser patrimonio del municipio o gobierno. El equipo de medición diseñado y su metodología de medición asociada, conforman una nueva herramienta de control que permite evaluar la calidad de las obras concesionadas.

� El factor de mantenimiento que valida los parámetros reales con respecto a los parámetros de diseño; debe ser igual a la unidad. Un valor inferior infiere la existencia de posibles problemas referidos a: variación en la tensión de alimentación; errores de montaje; variación del flujo de las lámparas; presencia de arbolado, etc. Por otra parte, si el valor obtenido es mayor a la unidad, representa un factor de ganancia que evidencia el sobre-dimensionamiento de la instalación proyectada. Esta situación es perjudicial puesto que produce un mayor consumo energético y origina gastos adicionales durante la etapa de explotación del servicio. La tabla 7.1 resume la situación expuesta hasta aquí.

FM Validación de parámetros de diseño

< 1 Sub – dimensionado

= 1 Correcto

> 1 Sobre - dimensionado

Tabla 7.1: Utilización del factor de mantenimiento como herramienta de validación de los parámetros establecidos en la etapa de diseño

El capitulo 6.3.1 muestra el procedimiento llevado acabo para validar la reconversión de componentes que se efectuara sobre la Avenida Independencia. El factor FM = 1 obtenido mediante las mediciones de campo permite validar los parámetros de diseño y certifica la calidad del servicio pautado en los contratos de concesión de la obra.

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7.4.2 Monitoreo de Instalaciones

Los responsables de la gestión y explotación del alumbrado público requieren disponer de medios para controlar la magnitud de los valores de los parámetros luminotécnicos indicados por las normas vigentes y su evolución en el tiempo en forma rápida y precisa para las distintas vías de transito de una ciudad. La metodología de medición propuesta permite optimizar la gestión y explotación del servicio de alumbrado urbano y constituye una nueva herramienta de valoración aplicada a la elaboración de programas de mantenimiento y la planificación de tareas de inspección nocturna.

� El Factor de Mantenimiento de una instalación se elige en función de la calidad del servicio que se pretenda obtener. Un factor FM bajo evidencia la falta de un mantenimiento adecuado, mientras que un factor FM alto podría significar un elevado coste de mantenimiento. Existe la necesidad de definir un nivel admisible para la depreciación y establecerlo como objetivo. Generalmente se estipula un FM = 0.7 ó 0.8, el cual garantiza que la depreciación alcanzada no sea superior al 30% ó 20 % de los valores iniciales establecidos en la etapa de diseño. El sistema de medición propuesto permite evaluar el grado de depreciación de una instalación a través del factor FM que fuera previamente definido como nivel admisible. Cuando el factor de mantenimiento relevado es inferior a esta cifra denota el momento en que se debe proceder a efectuar el mantenimiento correspondiente. El capítulo 6.3.4 mostró el monitoreo efectuado sobre la Av. Independencia, cuyo factor FM = 0.3, evidencia el mal estado que presentaba la instalación y ratifica las obras de reconversión asumidas por el municipio.

� Los municipios disponen de una nueva metodología de medición basada en la

evaluación del estado de depreciación. El factor FM se define como un nuevo indicador de la calidad del servio a convenir en los pliegos de licitación y contratos de concesión que regulan la relación entre los entes públicos y privados.

� El procesamiento de la información que comprende el ciclo de vida completo

de una instalación permite establecer consideraciones respecto a la periodicidad en el cambio de lámparas y a la periodicidad de las operaciones de limpieza de luminarias. Estas tareas se encuentran relacionadas específicamente con las políticas de mantenimiento preventivo, por tanto el sistema de medición propuesto permitirá ajustar el tiempo entre operaciones sucesivas y predecir en forma más precisa la aplicación de las tareas de mantenimiento.

� El registro periódico de los niveles fotométricos de una instalación permite

establecer un seguimiento de la calidad del servicio y su evolución en el tiempo. El análisis de datos correspondiente a períodos cortos de tiempo, se relaciona directamente a los aspectos relacionados a las políticas de mantenimiento correctivo. Las mediciones de campo efectuadas en forma previa y posterior a la aparición de la falla permiten obtener registros de las operaciones de mantenimiento efectuadas sobre la instalación.

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� El capítulo 6.3.3 describe los distintos procedimientos utilizados para la

detección de luminarias que se encuentran fuera de servicio a partir del monitoreo efectuado sobre ocho cuadras correspondiente a la calle Bernabé Araoz. El estudio de la evolución de la depreciación de una instalación a lo largo del tiempo no contempla los puntos de luz que se encuentran fuera de servicio. La detección de luminarias descompuestas permite excluirlas del análisis que se efectúa a lo largo del tiempo. El resultado de las mediciones permite identificar en forma precisa y rápida puntos de luz que se encuentran en mal estado. Su identificación en el plano de una ciudad facilita y simplifica enormemente la planificación de las tareas de mantenimiento correctivo, permitiendo no solo evaluar prioridades en la reparación de las luminarias averiadas, sino también, prever los materiales necesarios para su reposición.

� El factor FG contempla aquellos casos poco usuales que producen un

incremento o ganancia de los niveles de iluminación de una instalación; adición de nuevos puntos de luz, modificación de los parámetros de diseño (altura de montaje, separación entre columnas, etc.). Sin embargo, este factor encuentra gran aplicación cuando se comparan los momentos previos y posteriores a la aplicación de tareas de mantenimiento o reconversión de componentes estimando el grado de mejoría alcanzado a través de las políticas adoptadas. En el capítulo 6.3.4 se analizó los factores FGA = 3.1 y FGB = 2.9 correspondientes ambas calzadas de la avenida. Estos factores de ganancia expresan el aumento conseguido en el nivel de iluminación merced al recambio de componentes efectuado sobre la instalación.

Valores Iniciales Uno de las peores deficiencias que debe enfrentar las administraciones en el momento de iniciar su gestión es la falta de un sistema eficiente de registro histórico de operaciones, y por ende, la falta de registros correspondientes a los valores iniciales de una instalación.

� La determinación del Factor de Mantenimiento sobre instalaciones que no cuentan con el registro de sus valores iniciales puede resolverse mediante la utilización de un software de cálculo dedicado al diseño de instalaciones de alumbrado vial. Es posible entonces, obtener una estimación de la depreciación si se

relaciona cada valor de Emed medido directamente en campo, con el

correspondiente Eo calculado mediante un programa de cálculo.

� La inauguración de una nueva instalación conforma el momento ideal para

registrar el valor de iluminancia promedio inicial, que será utilizado en el futuro, como parámetro de referencia en el estudio y control de la depreciación que dicha instalación sufrirá a lo largo del tiempo.

Las operaciones de reconversión de componentes de una instalación, efectuadas en forma parcial o total, modifican los parámetros iniciales y en consecuencia determinan el momento propicio para efectuar el relevamiento y registro fotométrico de los nuevos valores iniciales.

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Base de Datos y procesamiento de la información Cuando los municipios están encargados del mantenimiento del alumbrado de una ciudad, por lo general, no llevan adelante un registro de operaciones de mantenimiento en forma adecuada, por consiguiente es muy difícil disponer de registros históricos confiables dentro de una base de datos segura y ordenada.

� La reiteración en el tiempo de las mediciones permite confeccionar una base de datos permanentemente actualizada, de tal forma que permita evaluar y controlar el grado de depreciación de las instalaciones. El sistema de medición diseñado genera archivos Excel al término de cada medición y permite confeccionar una base de datos convenientemente estructurada, fiable y de fácil acceso que posibilita el posterior procesamiento de los datos adquiridos.

El volumen de la información a tratar es importante, y crece en proporción al tamaño del municipio y a los requerimientos de calidad en el nivel de servicio. La conformación de una base de datos de tales características debe considerar el tamaño de los archivos generados al cabo de cada medición. La tabla 7.2 muestra el tamaño de los archivos obtenidos a partir de las mediciones de monitoreo indicadas. El equipo de medición es capaz de relevar grandes distancias y generar archivos que almacenan la información.

Distancia evaluada Tiempo de operación Archivo Excel

Monitoreo 4 Avenidas 8.5 Km 30 min 234 KB

Monitoreo Parque 4.6 Km 13 min 153 KB

Calle B. Araoz 954 m 3 min 30 KB

Calle B. Araoz 120m 15 seg 7 KB

Tabla 7.2: Tamaño de los archivos Excel generados por el equipo de medición

� Durante la ejecución de mediciones de campo el operador del equipo de

medición puede registrar a través de pistas de audio todo tipo de observaciones referidas tanto al estado de conservación de la instalación como así también a las características relevantes de las vías de tránsito evaluadas y su entorno. Esto facilita el trabajo de los responsables a cargo del procesamiento y análisis de datos procesamiento posterior de la información registrada. La base de datos de archivos Excel se complementa pues con la base de datos de audio que contiene las observaciones de campo registradas durante la medición. La utilización de archivos fotográficos, fílmicos y planos de las vías de tránsito, conforman los elementos complementarios del sistema más utilizados durante el procesamiento de la información.

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7.5 Perspectivas futuras

Los procesos de innovación tecnológica se inician a partir del descubrimiento y difusión de conocimientos científicos, pero a su vez los mecanismos de interacción entre las partes interesadas determinan la capacidad de transformación de esos descubrimientos en nuevos productos o procesos productivos. Debido a la diversidad de agentes que gravitan dentro de un proceso de innovación tecnológica; ciencia, tecnología, aprendizaje, producción y demanda, los elevados montos de inversión necesarios determinan que las empresas no inviertan aisladamente en procesos de innovación sino a través de organizaciones como universidades, empresas privadas, bancos de inversión, agencias gubernamentales que conformen la red de interacción necesaria para la implementación de los mismos. El prototipo diseñado se encuentra listo para ser transferido como producto de mercado. Esta transferencia demanda el perfeccionamiento de ciertos aspectos técnicos y estéticos que permitirán su inserción en un ambiente comercial caracterizado por la competencia del mercado. Se distinguen 3 líneas de desarrollo tendientes a: a. Innovación Tecnológica � Implementación de sistemas sensores fotométricos que reemplacen el Luxímetro

Minolta T-10 utilizado en el diseño del prototipo actual y reduzcan los costos de fabricación.

� Incorporación de nuevas tecnologías descritas en el Anexo VI. � Desarrollo de nuevas versiones de software que introduzcan ventajas de operación e

incorporen nuevas prestaciones. b. Aplicación práctica de la metodología de medición propuesta Se espera que la metodología de medición propuesta basada en la “Evaluación de la Depreciación” constituya una alternativa viable de estudio, seguimiento y control de instalaciones de alumbrado vial ante las actuales técnicas basadas en el porcentaje de averías permanente. Se espera que el factor FM sea incorporado en los pliegos de licitación y contratos de concesión del servicio de explotación y mantenimiento de las instalaciones de alumbrado vial de municipios y ciudades. La sección 6.5.1 y 6.5.2 muestra distintos aspectos de la prestación del equipo en distintos escenarios que comprenden la concesión del servicio de explotación y mantenimiento de sistemas de alumbrado vial; “Puentes inter-provinciales o internacionales” y “Autopistas”. c. Aplicación en otros tipos de alumbrados La sección 6.5.3 describe la aplicación del equipo de medición en instalaciones de alumbrado deportivas. Esta es una variante que introduce el concepto de adquisición multi-point y encuentra excelente respuesta a las necesidades que demanda la aplicación.

Indice

I. Definiciones y magnitudes luminotécnicas

II. Geometrías de instalación y parámetros de interés el alumbrado vial

III. Especificaciones técnicas de componentes

IV. Normas de alumbrado público

V. Mapas lumínicos

VI. Innovación tecnológica

Anexos

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Anexos

Anexo I Definiciones y magnitudes luminotécnicas

Durante la lectura del texto, se encontrara con una serie de definiciones y magnitudes fotométricas. A fin de facilitar su comprensión se adjunta en el presente anexo un resumen las mismas. I.1 Introducción

La atmósfera terrestre permite que la radiación producida por el sol llegue a la superficie de modo que la vida es posible. La radiación esta compuesta por un amplio espectro de ondas electromagnéticas de carácter vibratorio las cuales difieren entre si por

la frecuencia de vibración o por su longitud de onda λ [nm]. Si T es el tiempo en que se cumple una oscilación completa de una determinada radiación, la frecuencia de la

oscilación será ν = 1/T. Se cumple además que λ .ν = constante que es la velocidad. La luz es una radiación electromagnética se desplaza a la velocidad de 300.000 Km/s.

La luz visible es solo una pequeña porción del espectro de radiación que se

extiende desde 380 nm hasta 780 nm. Si se descompone la luz blanca del sol mediante un prisma se forma un abanico de colores desde el violeta, azul, azul-verde, verde amarillo, naranja , hasta el rojo. Cada color tiene asociado una longitud de onda (banda) característica. Los colores u objetos coloreados solo aparentan tener un color cuando dicho color esta presente en el espectro de la luz que lo ilumina. Una luz con todos los colores espectrales, como la luz solar, lámparas incandescentes o lámparas fluorescentes poseen excelentes propiedades para reproducir colores. Por arriba del espectro visible se ubica el (IR) infrarrojo que abarca una banda de 780 nm a 1 mm. La radiación IR no es visible al ojo. Solo cuando es absorbida e irradiada como calor se convierte en visible. Sin el calor producido por el sol la tierra se mantendría cubierta de hielo. Por debajo del visible se ubica la banda (UV) ultravioleta. Una cantidad adecuada de UV es imprescindible para la vida.

Figura I.1: La luz visible y el espectro electromagnético

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Anexos

I.1.1 Sensibilidad espectral del ojo humano

La sensibilidad del ojo humano no es uniforme para todas las radiaciones. Varía con la longitud de onda en la forma que se muestra en la figura 1.2. La curva corresponde al ojo adaptado a condiciones claras (visión fotópica o diurna). Con el fin de proporcionar una base estándar para la comparación de radiaciones con diferentes longitudes de onda, la CIE ha adoptado dos funciones particulares de eficiencia luminosa espectral que

están definidas por valores tabulados. Estas son la función V(λ) referida a la visión fotópica (diurna) y que se muestra en la figura I.2, y la función V’(λ) referida a visión escotópica (nocturna). Los valores de la función V(λ) se encuentran tabulados a intervalos de longitudes de onda de 1nm sobre el rango de 360 hasta 830nm [13]. Esta

función tiene su valor máximo (unitario) en λ = 555nm.

Figura I.2.- Sensibilidad espectral relativa del ojo humano, para el observador estándar de la CIE.

I.2 Magnitudes fundamentales de la iluminación I.2.1 Flujo radiante o Potencia Radiante

Se entiende por flujo radiante øe a la potencia total en vatios emitida o recibida

de radiación electromagnética. Abarca todo el espectro electromagnético, puede incluir

tanto componentes visibles como no visibles. El flujo espectral radiante øe(λ) es el flujo

radiante por unidad de intervalo de longitud de onda, considerado usualmente como 1 nm, de manera que es expresado como vatios por 10-9 metros (W nm-1). El flujo radiante

se determina integrando øe(λ) sobre el espectro total.

λλΦΦ d)(ee0

⋅= ∫∞

I.2-1

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Anexos

I.2.2 Flujo Luminoso

En el rango visible del espectro electromagnético, 360nm ≤λ ≤ 830nm, se considera que el flujo radiante tiene asociado un flujo luminoso øv el cual es una medida de la

respuesta visual. La unidad de flujo luminoso es el lúmen expresado como [lm]. El lumen se puede definir como el flujo luminoso asociado con un flujo radiante de

1/683W para λ = 555nm en aire; para cualquier otra longitud de onda el flujo luminoso asociado es V(λ)[lm]. Para encontrar el flujo luminoso dΦv asociado con el flujo radiante espectral Φe(λ) sobre un rango dλ, el procedimiento es el siguiente. Por definición:

dΦv= 683. V(λ).Φe(λ).dλ I.2.2-1 integrando sobre el rango visible:

λλΦλΦ d)(e)(Vv780

380⋅= ∫ I.2.2-2

Como ejemplo una lámpara incandescente de 100W emite un flujo luminoso promedio de 1350 lm.

I.2.3 Eficacia luminosa

El término eficacia luminosa K de la radiación, es una medida de la capacidad de la radiación para producir sensación visual. Se la define como el cociente del flujo luminoso

en [lm] y el flujo radiante en [W]: K=Φv/Φe La máxima eficacia luminosa espectral de radiación para visión fotópica se conoce

como Km, cuyo valor es 683 [lm/W]. Para visión escotópica será K’m = 1700 [lm/W]. Para

cualquier otra distribución de flujo radiante la eficacia luminosa K será menor que Km y el cociente K/Km se conoce como la eficiencia luminosa de la radiación, denominada V. De

esta definición surge el concepto de la función V(λ) o eficiencia luminosa espectral relativa la cual, para Km = 683 será: V(λ) = K(λ)/683.

I.2.4 Irradiancia e iluminancia

La irradiancia es el flujo radiante por unidad de área que incide sobre una superficie; la unidad de irradiancia es el vatio por metro cuadrado [W/m²]

La iluminancia, simbolizada E, esta definida en forma similar que la irradiancia;

la unidad es el lumen por metro cuadrado [lm/m²] y se denomina lux [lx]. Si un elemento

de área dA es iluminado por un flujo luminoso dΦ entonces E = dΦ / dA I.2.4

En el pasado las palabras “nivel de iluminación” o simplemente “iluminación” han sido utilizadas con el mismo significado que iluminancia. Se debe enfatizar que la iluminancia, como se la ha definido arriba, esta siempre referida a un plano determinado; por ello a veces se utiliza el termino iluminancia plana. El plano horizontal de referencia es usualmente uno horizontal, pero no es necesariamente así. Si la orientación del plano es modificada la iluminancia puede también cambiar.

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Anexos

Anexo II Geometrías de instalación en el alumbrado vial

II.1 Tipo de Instalaciones

II.1.3 Instalación en tresbolillo En una instalación en tresbolillo, las luminarias se colocan alternadas a uno y otro lado de la calzada. Este tipo de instalación se utiliza principalmente cuando la anchura de la calzada se encuentra entre 1 y 1.5 veces la altura de montaje de las luminarias. Este tipo de instalación se emplea normalmente en las carreteras con tráfico en ambas direcciones que tienen una sola calzada.

II.1.1 Instalación unilateral Izquierda o derecha En este tipo de instalación, todas las luminarias están situadas en un mismo lado de la calzada. Se usa sobre todo cuando la anchura de la calzada es igual o menor que la altura de montaje de las luminarias. Es inevitable que la iluminancia de la calzada en el lado de las luminarias sea superior a la del lado opuesto. Este tipo de instalación se suele utilizar en las carreteras con tráfico en ambas direcciones que constan de una sola calzada.

II.1.2 Instalación central En una instalación central, las luminarias se colocan únicamente encima de la mediana. Por lo tanto, este tipo de instalación puede considerarse como una instalación unilateral para cada una de las calzadas. Este tipo de instalación se emplea por lo general en carreteras con calzada doble.

Figura II.1: Instalación unilateral

Figura II.2: Instalación central

Figura II.3: Instalación en trebolillo

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Anexos

Instalación pareada

En este tipo de instalación, las luminarias se ubican en posiciones opuestas entre sí. Se utiliza sobre todo cuando la anchura de la calzada es mayor que 1.5 veces la altura de montaje de las luminarias. La instalación opuesta se suele emplear en las carreteras con tráfico en ambas direcciones que tienen una sola calzada.

II.1.4 Instalación en catenaria

En este tipo de instalación las luminarias, separadas normalmente de 10 a 20 m entre ellas, se suspenden axialmente de cables longitudinales sobre la mediana. Las columnas de las que se suspende la catenaria están muy distanciadas entre sí (de 60 a 90 m aproximadamente). El sistema ofrece excelente guía visual; y menor deslumbramiento que otras disposiciones ya que sus luminarias se ven en sentido axial. Este tipo de instalación se emplea por lo general en carreteras con calzada doble.

II.1.6 Instalación central y pareada

Los soportes dobles, situados en la mediana, se combinan con una instalación pareada. El conjunto puede considerarse como una instalación pareada para cada calzada individual. Este tipo de instalación se utiliza normalmente en carreteras muy anchas con calzada doble.

II.1.5 Instalación pareada

En este tipo de instalación, las luminarias se ubican en posiciones opuestas entre sí. Se utiliza sobre todo cuando la anchura de la calzada es mayor que 1.5 veces la altura de montaje de las luminarias. La instalación opuesta se suele emplear en las carreteras con tráfico en ambas direcciones que tienen una sola calzada.

Figura II.4: Instalación catenaria

Figura II.5: Instalación pareada

Figura II.6: Instalación central y pareada

Anexos

- 193 -

II.2 Parámetros de diseño en el alumbrado vial II.2.1 Orientación de las luminarias A cada luminaria se le asigna su propio sistema de coordenadas de intensidad luminosa con el fin de suministrar información sobre la distribución de su flujo luminoso.

II.2.2 Sistema de coordenadas C- γγγγ Para crear la distribución de flujo luminoso deseado, se debe girar y/o inclinar la luminaria en relación con su sistema de coordenadas.

Por lo general se utiliza el sistema de coordenadas C-γ Para luminarias utilizadas en aplicaciones de exterior, la lira de montaje se suele considerar una referencia que corresponde al eje C=270°. El eje vertical de la lámpara se

denomina normalmente eje γ=0°/ γ=180°.

Las coordenadas XL YL ZL sitúan el centro de la luminaria en relación con el origen del sistema de coordenadas. La flecha de la ilustración siguiente indica el centro del área emisora de luz de la luminaria y representa el eje principal de esta luminaria en particular.

Figura II.1: Orientación de luminarias

Figura II.2 a y b: Sistemas de coordenadas

Anexos

- 194 -

II.2.3 Definición de la disposición en línea Para definir una disposición de luminarias en línea recta, es preciso fijar los parámetros siguientes: � Posición de la primera luminaria de la Línea; (altura de montaje y saliente del

pescante) � Número de luminarias en la Línea; � Separación entre las luminarias en la dirección Y (en metros);(Vano) � Tipo de luminaria a utilizar en la disposición en Línea; � Orientación de las luminarias en la disposición.

II.2.4 Rejilla de Medición Una rejilla es un área que contiene un número específico de puntos en los cuales se efectúan los cálculos de alumbrado. Una rejilla ha de tener siempre forma rectangular y puede estar en cualquier plano del espacio (horizontal, vertical o inclinado). Es útil pensar en una rejilla como una superficie invisible a la cual puede conectarse un fotómetro. La cantidad de luz medida por el fotómetro varía a medida que éste se desplaza por los diferentes puntos de la superficie. Las rejillas cubren casi siempre una sección de la calzada (el área de interés) que se encuentra entre dos luminarias de una fila que estén situadas a un solo lado de la carretera. Cuando se utiliza una instalación a tresbolillo, el espaciado de la rejilla de cálculo principal es la distancia entre dos luminarias en un lado de la carretera. II.2.5 Tamaño y posición de una rejilla: puntos A, B y C Para definir una rejilla se especifican las coordenadas X, Y y Z de los tres vértices de referencia, A, B y C. A = Vértice inferior izquierdo de la rejilla B = Vértice inferior derecho de la rejilla C = Vértice superior izquierdo de la rejilla

Figura II.3: Disposición en línea de luminaria

Anexos

- 195 -

II.2.-1

A las rejillas se les aplican las reglas siguientes: a) Los vectores (AB) y (AC) no pueden ser igual a cero y han de ser perpendiculares. Se admite una pequeña desviación de la perpendicularidad. Calculux la corregirá de inmediato. Esta tolerancia es muy útil cuando una persona que utiliza un sistema de exactitud limitada tiene que especificar los vértices de una rejilla cuyos lados no son paralelos a los ejes del sistema de coordenadas. b) Los vértices de referencia A, B y C no pueden estar en un recta.

II.2.6 Puntos de cálculo en una rejilla El número de puntos de cálculo que usted defina en los sentidos AB y AC se utiliza para dividir la rejilla en partes iguales. Son los puntos en que se llevarán a cabo los cálculos de alumbrado. En cada vértice hay siempre un punto de cálculo. Distancia entre los puntos de cálculo de la rejilla:

El número de divisiones a lo largo de uno de (los vectores) AB y AC es el número de puntos de rejilla a lo largo de dicho vector menos 1. II.2.7 Vector normal de una rejilla El vector normal es perpendicular al plano de la rejilla, y se define con ayuda del sistema de coordenadas según la regla de la mano derecha.

Longitud total del vector

(Nro de puntos de la rejilla a lo largo del vector) - 1

D =

Figura II.4: Rejillas de medición

Anexos

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El sentido de la flecha está relacionado con la orientación de A, B y C e indica el lado de la rejilla que se considera por defecto.

II.2.8 Altura sobre una rejilla Ocurre en ocasiones que es preciso calcular la iluminancia en la dirección de un observador, así como la iluminancia vertical en una rejilla horizontal. En este caso, es frecuente que la iluminancia vertical hacia un observador haya de ser calculada a 1.5 m sobre la rejilla. Para evitar la generación de dos rejillas, puede definir el parámetro 'Altura sobre rejilla'. Este parámetro se refiere a la distancia vertical sobre cada punto de la rejilla generado. Los cálculos se realizan en posiciones de punto de rejilla, a cuya coordenada Z se añade el parámetro 'Altura sobre rejilla' .

Figura II.5: Orientación de luminarias

Figura II.6: Plano de medición

- 197 -

Anexos

Anexo III Especificaciones técnicas de componentes

III.1 Tarjeta de adquisición de datos National Instruments – DaqCard 700

Figura III.1: Especificaciones técnicas tarjeta DAQCard 700 – National Instruments

- 198 -

Anexos

III.2 Asignación de conectores en la bornera de conexión

Figura III.2: Asignación de conectores en la bornara

- 199 -

Anexos

III.3 Luxímetro Minolta T-10

Figura III.3: Especificaciones técnicas Luxímetro Minolta T-10

Anexos

- 200 -

Anexo IV

IV.1 Normas de Alumbrado público - Argentina

Tabla IV1: Clasificación de calzadas según Normas IRAM – AADL J 2022-2

Clase Tránsito Descripción Ejemplos

A* Muy rápido

vel.>100Km/h

Calzadas de manos separadas, dos o más carriles por mano, libre de cruces a nivel, control de accesos y salidas.

Autopistas

B* Rápido

vel.<100Km/h

Calzadas para transito rápido, importantes sin separadores de tránsito.

Tramos de rutas nacionales, provinciales

C** Semi rápido

vel.≤60 Km/h

Calzadas de una o dos direcciones de desplazamiento, con carriles de estacionamiento o sin ellos; con intensa presencia de peatones y obstáculos.

Avenidas principales, vías de enlace entre sectores importantes

D** Lento

vel.≤40 Km/h

Calzadas con desplazamiento lento o trabado, con carriles de estacionamiento o sin ellos con intensa presencia de peatones y obstáculos.

Arterias comerciales, centros de compras.

E** Moderado

vel.≤50 Km/h

Acumulan y conducen el tránsito desde un barrio hacia vías de transito de orden superior (clases A,B,C,D)

Avenidas secundarias, calles colectoras de tránsito.

F** Lento

vel.≤40 Km/h

Calles residenciales de una o dos manos, con tránsito exclusivamente local. Presencia de peatones y obstáculos.

Calles residenciales

* Sin presencia de peatones ** Con presencia de peatones

Tabla IV.2: Niveles de Iluminancia recomendados por la norma IRAM – AADL J 2022-2

Luminancias

medias Lmed cd/m

2 Uniformidades

TI % G

Clase Inicial UO UL A 2,7

0,4

0,7 10 6

B1 2,0

0,6

20 5

B2 1,3 15 6

C 2,7 15 6

Iluminancias

medias Emed lux

Uniformidades Grado de Apantalla- miento

Clase Inicial Emin/Emed Emin/Emax

C 40 1/2 1/4 Apantallado

D 27 1/3 1/6 Semi-apant.

E 16 1/4 1/8 Semi-apant.

F 10 1/4 1/8 No - apant.

Nota: B1 con entornos iluminados y B2 con entornos no iluminados

Anexos

- 201 -

IV.2 Normas de Alumbrado público – EEUU

Clasificación Urbana – IESNA – Lighting Hanbook 2000

Anexos

- 202 -

IV.3 Normas de Alumbrado público – Brasil

IV.4 Área de evaluación para el cálculo de la iluminancia

Anexos

- 203 -

Anexo V

V.1 Monitoreo calle Bernabé Araoz

24 de Setiembre

24 Setiembre

B. Araoz 0-100

Crisóstomo Alvarez

B. Araoz 100-200

San Lorenzo

B. Araoz 200-300

Piedras B. Araoz 0-100

B. Araoz 300-400

Gral. Paz

B. Araoz 400-500

Lamadrid

B. Araoz 500-600

Lavalle

B. Araoz 600-650

Pje. Dorrego

B. Araoz 650-700 Crisóstomo Alvarez

Bolivar

B. Araoz 700-750

Pje. Argentino

B. Araoz 100-200

San Lorenzo

B. Araoz 200-300

Piedras

B. Araoz 300-400

Gral. Paz

L5

L4

L3

L2

L1

L5

L4

L3

L2

L1

L5

L4

L3

L2

L1

L5

L4

L3

L2

L1

Microsoft Excel.lnk

Microsoft Excel.lnk

Anexos

- 204 -

V.2 Mapa Lumínico – Monitoreo 4 Avenidas

V.3 Mapa Lumínico – Parque 9 de Julio

- 205 -

Anexos

Anexo VI

Innovación Tecnológica

III.1 LabVIEW 7

LabVIEW 7 Express es una actualización importante de LabVIEW. Esta versión presenta los instrumentos virtuales (Vis) Express, con los cuales los ingenieros pueden crear aplicaciones de medida comunes en segundos, utilizando diálogos fáciles de configurar que requieren poca o ninguna programación. LabVIEW 7 Express también presenta una nueva arquitectura del driver NI-DAQ rediseñada y dos nuevos asistentes interactivos para la adquisición de datos y control de instrumentos que aumentan la velocidad de desarrollo a través de la generación de códigos automáticos y control de instrumentos interactivos. Adicionalmente, esta nueva versión extiende el desarrollo gráfico de LabVIEW a nuevas áreas de prueba, medida y control.

Con el Módulo de LabVIEW 7 FPGA y LabVIEW 7 PDA, ingenieros y científicos ahora pueden utilizar LabVIEW y hardware de E/S reconfigurables para programar soluciones de hardware altamente personalizables utilizando la tecnología FPGA y tomar ventaja de los PDAs para crear aplicaciones portátiles.

III.2 Asistentes personales digitales (PDAs) Los asistentes personales digitales (PDAs) han alcanzado un uso muy difundido y satisfacen una creciente demanda industrial para reducir el tamaño de los equipos mientras incrementan la movilidad y la modularidad del sistema. Al agregar el Módulo PDA de LabVIEW a los sistemas de desarrollo de LabVIEW, es posible correr VIs en dispositivos de Pocket PC y PDA Palm OS. Estos dispositivos son pequeños, portátiles, livianos y tienen suficiente memoria y poder de procesamiento para manejar

diversas aplicaciones que incluyen sistemas de prueba en campo, sistemas de monitoreo y control remoto y sistemas portátiles de adquisición de datos. Este módulo puede comunicarse con otros dispositivos a través de comunicación IrDA infrarroja, serial o sistemas Ethernet inalámbricos empleando protocolos 802.11b o Bluetooth. Además, es compatible con diversos dispositivos de adquisición de datos PC-Card de la Serie E de National Instruments como: NI DAQCard-6062E, NI DAQCard-6036E, and NI DAQCard-6024E, a través del puerto PCMCIA.

- 206 -

Anexos

III.3 Tarjetas de Adquisición de datos Las siguientes tarjetas de adquisición de datos PC-Card de la Serie E de National Instruments conforman los últimos modelos lanzados al mercado. Estas tarjetas posee un conversor analógico digital de aproximación sucesiva de 16 bits, una frecuencia de muestreo máxima de 200 kS/s y 16 entradas analógicas (modo single-ended). NI DAQCard-700 (puerto PCMCIA)

100 kS/s, 12-Bit, 16 Entradas Analógicas NI DAQCard-6024E (puerto PCMCIA)

200 kS/s, 12-Bit, 16 Entradas Analógicas

NI DAQCard-6036E (puerto PCMCIA)

200 kS/s, 16-Bit, 16 Entradas Analógicas

III.4 GPS

El capítulo 3.3.1.2 explica las razones por las cuales los sistemas de posicionamiento georeferenciado GPS no pueden ser utilizados como sistema de indicación de la distancia recorrida por el móvil, ya que la presencia de edificios en áreas urbanas reduce considerablemente la calidad de la señal del equipo. Sin embargo, estos dispositivos conforman una herramienta adicional de gran importancia que facilita la orientación del conductor por las distintas vías de tránsito de una ciudad. Diversas empresas como Microsoft, Delorme, Magellan, Rand McNally ofrecen programas de aplicación con agradables mensajes de voz, orientación

paso a paso y la más reciente tecnología de pantalla táctil que permiten visualizar el desplazamiento del móvil por calles, avenidas y autopistas de una ciudad. El mercado japonés lleva una ventaja al europeo de aproximadamente cinco años. Este fue el primer país, y en concreto Pioneer la firma que introdujo, a nivel comercial y para el uso en el automóvil, el primer sistema de navegación (el AVIC) en septiembre de 1990.

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Anexos

Actualmente, en el mercado japonés ya se comercializan sistemas de navegación “Air Navi” con ruta dinámica a través de una central de navegación que selecciona la ruta más adecuada. Ante una petición por parte del usuario de un determinado destino, la central de navegación calcula su ruta teniendo en cuenta el estado del momento de las carreteras (accidentes de tráfico, manifestaciones u otras circunstancias que puedan demorar la llegada a destino). Además, la tecnología de los sistemas de

navegación japoneses permiten la visión sólida de la ciudad en 3D, es decir, una ruta en 3D en la que se muestra al conductor la representación de los edificios reales con los que se va encontrando en su ruta. Este avanzado sistema está disponible en el centro ciudad de las doce principales ciudades y en las tres principales carreteras/autopistas del Japón.

Tesis de Magíster en Luminotecnia

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