Eficiencia Energética en instalaciones
de Alumbrado Público
Introducción
Eficiencia Energética en instalaciones
de Alumbrado Público
• La energía es barata
• ¿Quién paga la factura del alumbrado?
• No hay conciencia social
Eficiencia Energética en instalaciones
de Alumbrado Público
Introducción
Eficiencia Energética en instalaciones
de Alumbrado Público
OBJETIVOS DE LA OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA
• Mayor eficiencia energética
• Reducción de emisiones de CO2
• Reducción del resplandor luminoso nocturno (contaminación lumínica)
Eficiencia Energética en instalaciones
de Alumbrado Público
Introducción
OBJETIVOS DEL ALUMBRADO PÚBLICO
• Crear un ambiente visual nocturno agradable
y uniforme
• Reducción del riesgo de accidentes
• Mejorar la fluidez de la circulación
• Mejorar la visibilidad de los peatones
• Mejorar la seguridad ciudadana (bienes y
personas)
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de Alumbrado Público
Introducción
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CONSUMO ENERGÉTICO
• Niveles de iluminación deseados
• Régimen de funcionamiento
• Rendimiento de las lámparas
• Eficiencia de las luminarias
• Pérdida de los equipos auxiliares
• Dispositivos de regulación y control
• Otros, ...
• Plan de mantenimiento de las instalaciones
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Conceptos Básicos de Alumbrado Exterior
ELEMENTOS CONSTITUTIVOS
• Luminarias
• Lámparas y equipos auxiliares
• Soportes
• Elementos de instalación y protección
• Cuadro de mando y protecciones
• Sistemas de reducción de flujo
• Otros, ...
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Conceptos Básicos de Alumbrado Exterior
LUMINARIAS
• Definición: La luminaria es aquel aparato de alumbrado que reparte,
filtra o transforma la luz emitida por una o varias lámparas.
• La clasificación de las luminarias puede establecerse en función
de diferentes aspectos, de los cuales los más comunes atienden
a criterios estéticos, ópticos, mecánicos, eléctricos y en función
del tipo de lámpara.
• Ópticamente la luminaria es responsable del control y la distribución
de la luz emitida por la lámpara.
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Conceptos Básicos de Alumbrado Exterior
CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN CRITERIOS ÓPTICOS
• Directas: Emiten entre el 90% y el 100% del flujo luminoso hacia el
plano de trabajo.
• Semi-directas: Emiten entre el 60% y el 90% del flujo luminoso hacia el
plano de trabajo.
• Directas-Indirectas: Emiten del 40% al 60% del flujo luminoso hacia
el plano de trabajo. También emiten hacia el techo y paredes.
• Semi-indirectas: Emiten entre el 60% y el 90% del flujo luminoso
hacia el techo, por encima del plano horizontal.
• Indirectas: Dirigen entre un 90% y el 100% del flujo luminoso
por encima del plano horizontal.
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Conceptos Básicos de Alumbrado Exterior
CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN CRITERIOS ÓPTICOS
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CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS POR EL MODO DE
DISTRIBUIR EL FLUJO LUMINOSO
• Difusoras: Distribuyen el flujo luminoso de un modo casi uniforme
en todas direcciones. Para crear un nivel luminoso uniforme.
• Reflectoras: Tienen capacidad para reflejar el flujo luminoso en
determinadas direcciones. Para destacar con el alumbrado una
determinada zona ó un punto concreto.
• Refractoras: Para modificar de un modo sustancioso la distribución
del flujo luminoso.
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CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
• Según el grado de protección eléctrica que ofrezcan se dividen
en cuatro clases:
Clase Protección eléctrica
0 Aislamiento normal sin toma de tierra
I Aislamiento normal y toma de tierra
II Doble aislamiento sin toma de tierra.
III Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensión, sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada.
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OTRAS CLASIFICACIONES POSIBLES
• Según la aplicación: Alumbrado viario, alumbrado peatonal,
proyección, industrial, comercial, oficinas, doméstico, etc.
• Según el tipo de lámparas: Para lámparas incandescentes, fluorescentes,
de descarga, etc.
• Según el grado de protección: contra el polvo, los líquidos y los
golpes. Según la normativa actual esta clasificación se designa por
las letras IP seguidas de tres dígitos:
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ELECCIÓN DEL TIPO DE LUMINARIA NECESARIA
• Para la elección del tipo de luminaria necesaria se deben
considerar los siguientes aspectos y guardar un equilibrio entre
todos ellos:
• Rendimiento de la misma.
• Pero principalmente la elección está condicionada por la lámpara
utilizada y el entorno.
• Distribución fotométrica de la luminaria.
• Sistema de montaje.
• Deslumbramiento que pueda provocar a los usuarios.
• Clase eléctrica.
• Grado de protección.
• Estética.
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LÁMPARAS
• Lámparas incandescentes
• Incandescentes Estándar
• Incandescentes Halógenas
• Luz mezcla
• Lámparas de descarga
• Fluorescentes (Vapor de Mercurio a Baja Presión)
• Vapor de Mercurio a Alta Presión (Color Corregido)
• Principalmente se dividen en los siguientes tipos
• Vapor de Sodio a Alta Presión
• Halogenuros Metálicos
• Vapor de Sodio a Baja Presión
• Inducción
• Leds
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LÁMPARAS
• Principales características de los distintos tipos de lámparas
INDICE
REPRODUCCIÓN
CROMÁTICA (Ra)
RENDIMIENTO
(lm/W)
VIDA UTIL (h)
INCANDESCENTE
ESTANDAR
100 7-11 1.000
INCANDESCENTE
HALÓGENA
100 10-20 2.000
FLUORESCENTE 50-95 38-91 10.000
VAPOR DE MERCURIO
ALTA PRESIÓN
45 40-63 16.000
LUZ MEZCLA 50 19-28 6.000
HALOGENUROS
METÁLICOS
60-93 75-95 9.000
VAPOR DE SODIO
BAJA PRESIÓN
0 100-183 14.000
VAPOR DE SODIO
ALTA PRESIÓN
20-65 70-130 16.000
INDUCCIÓN 80 70-95 60.000
LED 50-95 100 40.000 – 60.000
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ELECCIÓN DEL TIPO DE LÁMPARA
• Para la elección del tipo de lámpara se deben considerar los siguientes
aspectos:
• Rendimiento de la misma.
• Índice de reproducción cromática (IRC)
• Grado de emisión de calor.
• Vida útil.
• Posibilidad de uso con equipos de reducción de flujo luminoso
(Ahorro Energético).
• Tiempo de estabilización de flujo luminoso.
• Dimensiones, variedad de potencias, costo de adquisición y facilidad
de instalación..
• Tiempo de reencendido.
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LÁMPARAS
• Aplicaciones más comunes de los distintos tipos de lámparas
INCANDESCENTE
ESTANDAR
INCANDESCENTE
HALÓGENA
FLUORESCENTE
VAPOR DE MERCURIO
ALTA PRESIÓN
LUZ MEZCLA
HALOGENUROS
METÁLICOS
VAPOR DE SODIO BAJA
PRESIÓN
VAPOR DE SODIO ALTA
PRESIÓN
INDUCCIÓN
Alumbrado exterior, interior, industrial, túneles, ...
Alumbrado público exterior, industrial y en lugares de dificil acceso.
Sustituyen a incandescentes en aplicaciones que no necesitan gran
rendimiento de color. Exteriores e interiores.
Alumbrado deportivo u ornamental.
Alumbrado deportivo u ornamental.
Alumbrado de seguridad y alumbrado de túneles.
APLICACIONES MÁS COMUNES
Alumbrados de interior (hogar, hoteles, tiendas, iglesias, ...), Alumbrado de
acentuación, casos de muy buena reproducción cromática.
Alumbrado decorativo (viviendas, tiendas, oficinas, hoteles, restaurantes, ...),
Alumbrado intensivo para tareas especificas, Alumbrado de zonas públicas,
factorías y pabellones deportivos (alta potencia).
Alumbrado interior (Oficinas, tiendas, colegios, hoteles, industria, ...).
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LÁMPARAS
• Alumbrado Vial. Se debe iluminar suficientemente la calzada, alta
eficacia luminosa, aceptable rendimiento de color, no deslumbrar y
posibilidad de sistema de regulación.
• Los tipos de lámparas más adecuados son Sodio Baja Presión para
zonas no peatonales, Sodio Alta Presión, Mercurio Alta Presión y
empiezan a aparecer los leds.
• Alumbrado Ornamental. Se debe crear una imagen atractiva del
objeto a iluminar (edificio, fuente, etc.), buen rendimiento de color y
alta eficacia lumínica.
• Los tipos de lámparas más adecuados son Incandescentes Halógenas,
Halogenuros Metálicos, y siempre que sea posible se recomienda
Sodio Alta, Baja Presión y empiezan a aparecer los leds.
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EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL
• Interruptor Fotoeléctrico
• Encendido/Apagado automático por valores prefijados de nivel
de iluminación.
• Deben sustituirse regularmente.
• Cuadros eléctricos adaptados a la nueva normativa
• Su funcionamiento no es totalmente exacto, ya que poseen una
determinada inercia y sus características varían a lo largo del tiempo.
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EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL
• Reloj Astronómico
• Es el sistema más utilizado. Crea un programa de encendidos y
apagados a partir de los datos de longitud y latitud geográficas
del lugar.
• Opcionalmente se puede combinar el uso de reloj astronómico y
Célula Fotoeléctrica.
• Su precio es más elevado que el Interruptor Fotoeléctrico, pero a
cambio no necesita mantenimiento y su funcionamiento es más
exacto. Su periodo de amortización es corto, de 1 a 4 años.
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EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL
• Sistema centralizado o inteligente
• Equipos de telecontrol informático, adaptados a las peculiaridades de
funcionamiento de las redes de Alumbrado Público.
• Ahorro energético mediante la desconexión o regulación de la
instalación de alumbrado.
• Ventajas
• Posibilidad de agrupar las luminarias, susceptibles de controlarse
fácilmente.
• Amortización rápida, debido al registro y almacenamiento de datos.
• Ahorro en mantenimiento. Las lámparas se pueden sustituir al
momento de detectarse la avería. El aviso es inmediato.
• Posibilidad de reprogramar ante condiciones climatológicas
anormales.
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SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO
CIRCUITO PERMANENTE / A EXTINGUIR
• Sistemas de apagado alternado de luminarias (circuito permanente/a
extinguir). A partir de una determinada hora, se realiza el apagado de
luminarias alternativamente. Este sistema se tiende a dejar de utilizar
por presentar los siguientes inconvenientes:
• Se necesita doble cableado, al precisarse dos líneas independientes
por calle, la de luminarias que quedan encendidas toda la noche y la
de luminarias que se apagarán.
• Baja homogeneidad de iluminación. Se producen zonas de sombra.
• En el caso de fundirse la lámpara que debe quedar encendida toda la
noche, que es lo más fácil, al llevar más horas de funcionamiento,
queda una zona muy amplia de puntos apagados.
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• Existen dos tipos, con línea de mando y sin línea de mando (temporizadas).
• En una instalación con equipos auxiliares de doble nivel con línea de
mando, el control del número de horas que las lámparas funcionan a
nivel máximo o a nivel reducido se realiza desde el reloj del cuadro
de maniobra. Con este tipo de equipos se necesita una línea de
mandos desde el cuadro hasta cada punto de luz.
• Los equipos auxiliares de doble nivel sin línea de mando disponen de
un temporizador interno, por defecto programado a 4 horas, tiempo
durante el cual las lámparas funcionan a nivel máximo. El resto del
tiempo funcionan a nivel reducido. Son equipos más caros, pero no
necesitan línea de mando.
SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO
EQUIPOS AUXILIARES DE DOBLE NIVEL
• Empiezan a aparecer los balastos electrónicos
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• Se instala junto al cuadro de mandos. Toda la alimentación de los
puntos de luz pasa a través del equipo, que actúa a su vez de
estabilizador de tensión.
• El control de funcionamiento a nivel máximo y a nivel reducido lo
realiza internamente, a partir de una señal que le dará el reloj de
cuadro de mandos.
• Aumento de la duración y rendimiento de las lámparas.
SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO
REDUCTOR DE FLUJO CENTRALIZADO
• La potencia del equipo debe estar sobredimensionada para prever
posibles ampliaciones en las instalaciones. En el caso que la
potencia de la instalación sobrepase la potencia máxima del equipo,
éste deja de ser útil, debiéndose proceder a su sustitución.
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SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO
Equipo auxiliar doble nivel Reductor de flujo centralizado
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RESTO DE COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN
• Cableado. Debe adaptarse a la normativa vigente y estar parcialmente
sobredimensionado para poder admitir equipos de reducción de flujo, y
para que las caídas de tensión no sean superiores a las marcadas por
la normativa.
• Equipos de protección de los equipos y las personas en el cuadro de
mando general. Adaptado a normativa.
• Caja fusible por punto de luz y tomas de tierra según normativa.
• Soportes a pared (brazos murales). Cableado aéreo (por fachadas).
• Columnas ó báculos. Altura y tipo de acuerdo con la zona a
iluminar y el entorno. Cableado subterráneo. Obra civil.
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PLAN DE MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES
• Periódicamente se deben realizar los siguientes trabajos:
• Limpieza y revisión de luminarias
• Cambio masivo de lámparas al final de su vida útil
• Revisión de cuadros de mando y comprobación del correcto
funcionamiento de las protecciones.
• Instalación de analizadores de redes para control del factor de
potencia y revisión del régimen de funcionamiento del
alumbrado (encendido, apagado, puesta en marcha de los
equipos de reducción de flujo).
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Luminarias de LED
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
• Buen rendimiento cromático.
• Buena uniformidad.
• Larga vida útil.
• Admite sistemas de ahorro.
• Reencendido instantáneo.
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Luminarias de LED
COMPARACIÓN DE MANTENIMIENTOS
Tradicional
(Lámpara)
Tecnología
Diodos LED
Limpieza externa/interna Sí / Sí Sí / No (Sellado)
Reemplazo de lámparas/unidad 6 Meses > 10 Años
Sensibilidad vibraciones y choque Alta Baja
Mantenimiento preventivo Semestral Ninguno
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Luminarias de LED
ALGUNOS MODELOS DE LUMINARIAS CON TECNOLOGÍA LED
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OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA
• La optimización energética debe perseguir los siguientes objetivos:
• Mayor eficiencia energética
• Reducción de emisiones de CO2
• Crear un ambiente visual nocturno agradable y uniforme
• Reducción del resplandor luminoso nocturno (contaminación lumínica)
• Reducción del riesgo de accidentes
• Mejorar la fluidez de la circulación
• Mejorar la seguridad ciudadana (bienes y personas)
• Mejorar la visibilidad de los peatones
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CONSUMO ENERGÉTICO DE UN ALUMBRADO PÚBLICO
• Para conseguir esta optimización energética, debemos tener presentes
los factores que influyen en el consumo energético de un A.P.:
• Niveles de iluminación adecuados para cada uso
• Régimen de funcionamiento
• Eficiencia de las luminarias
• Rendimiento de las lámparas
• Pérdidas de los equipos auxiliares
• Dispositivos de regulación y control
• Otros, ...
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SUBSECTOR DEL ALUMBRADO PÚBLICO
• El 26% de luminarias empleadas en España tienen un
rendimiento inferior al 60%
• Tipos de lámparas más utilizadas
• Vapor de Sodio Alta Presión (VSAP) 71 %
• Vapor de Mercurio Color Corregido (VMCC) 23 %
• Otras 6 %
• Potencia más usuales
• Vapor de Sodio Alta Presión (VSAP) 150 W
• Vapor de Mercurio Color Corregido (VMCC) 125 W y 250 W
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SUBSECTOR DEL ALUMBRADO PÚBLICO
• Sistemas de control
• Mediante Célula Fotoeléctrica 52 %
• Mediante Reloj Astronómico 43 %
• Mediante Sistemas de Control Centralizado 5 %
• Sistemas de Ahorro Energético
• Disponen de Regulación de Flujo Luminoso 27 %
• No disponen 73 %
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PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN LA AUDITORÍA ENERGÉTICA
• Toma de datos de las instalaciones existentes, datos generales,
inventario, planos, facturas eléctricas, reportaje fotográfico, ...
• Instalación de analizadores de redes durante mínimo 24 horas
L C
A1 A2 A3 kvar kvar
24/01/01 12:03:00 52,21 46,46 56,30 33,798 11,842 0,000 0,94
24/01/01 12:06:00 52,10 46,66 56,23 33,780 11,751 0,000 0,94
24/01/01 12:09:00 52,10 46,23 56,26 33,724 11,724 0,000 0,94
24/01/01 12:12:00 52,06 46,69 56,19 33,716 11,896 0,000 0,94
24/01/01 12:15:00 52,14 46,46 56,26 33,743 11,906 0,000 0,94
24/01/01 12:18:00 52,17 46,62 56,26 33,825 11,887 0,000 0,94
A1 52,13 Potencia Activa 33,764
A2 46,52 Potencia Reactiva 11,834
A3 56,25 Factor de potencia 0,94
PFIIIFecha HoraIntensidad fase (A)
kW
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ANALIZADOR 24 HORAS
Analizador 24h
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
Hora
kW
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REALIZACIÓN DE PLANOS
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PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN LA AUDITORÍA ENERGÉTICA
• Estudio de posibles actuaciones encaminadas a obtener un ahorro
energético y/o un ahorro económico para el municipio:
• Sustitución de lámparas y equipos auxiliares de Vapor de Mercurio
existentes por lámparas y equipos de Vapor de Sodio Alta Presión,
con una eficacia mayor.
• Instalación de condensadores para corrección del factor de potencia
y reloj astronómico para ajuste del régimen de funcionamiento.
• Instalación de sistema de reducción de flujo (equipos auxiliares de
doble nivel ó reductor de flujo centralizado) si no dispone.
• Estudio de la mejor tarifa eléctrica. Aunque con esta actuación no
se produce ahorro energético, si se puede obtener un sustancioso
ahorro económico.
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INVERSIÓN Y PERIODO DE RETORNO
• Los equipos de reducción de flujo luminoso, si bien suponen una
importante inversión en el momento de su instalación (tanto los
centralizados como los de doble nivel punto a punto), producen un
importante ahorro energético, en torno a un 40% del total del
consumo, por lo que su amortización es relativamente rápida, en
torno a 2-3 años.
• La diferencia de instalación de un nuevo alumbrado con Vapor de
Sodio en lugar de Vapor de Mercurio es prácticamente inapreciable.
En cambio, para los mismos niveles luminosos, supone un ahorro
energético en torno a un 25%.
• La inversión de sustituir una instalación actual de Mercurio por
Sodio es importante. El periodo de retorno de actuaciones de este
tipo se sitúa en torno a 5-6 años.
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INVERSIÓN Y PERIODO DE RETORNO
• Mediante la sustitución de luminarias obtenemos una mejora en la
calidad del alumbrado, pero si no cambiamos a su vez el tipo de
lámpara no se obtiene ahorro energético.
• Mediante la instalación de reloj astronómico en instalaciones
controladas anteriormente con célula fotoeléctrica se reduce el
número de horas de encendido del alumbrado, produciéndose un
consumo más racional.
• Mediante la instalación de condensadores se regula el factor de
potencia de la instalación, eliminando el consumo de energía
reactiva y obteniéndose un abono por parte de la compañía
eléctrica.