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_______________________________________________________________________________________________________________________________ Lighting Design of a Fertilizer Plant in the South Pacific Region Amparo de Mollinedo Suárez
I
DISEÑO DE ILUMINACIÓN DE UNA PLANTA DE FERTILIZANTES
EN LA REGIÓN DEL PACÍFICO SUR
Autor: de Mollinedo Suárez, Amparo.
Director: Scarano Roo, Juan Domingo.
Entidad Colaboradora: ICAI - Universidad Pontifica Comillas.
RESUMEN
Introducción
El objetivo principal del alumbrado industrial es el de crear un entorno
visual que permita a los empleados tener la visibilidad necesaria para
realizar sus tareas sin ningún riesgo para su seguridad y salud. Debe
asegurar el trabajo en condiciones de seguridad de todo el personal unas
condiciones de visibilidad óptimas.
Ciertas plantas industriales necesitan estar en funcionamiento las 24h del
día. Para hacer esto posible, el alumbrado de la planta debe mantener unos
niveles de iluminación óptimos que permitan el trabajo de los operarios en
condiciones de máxima seguridad y eficiencia. Se debe crear un entorno
visual que controle la fatiga ocular y fomente la eficacia y el confort en el
espacio iluminado. Así mismo, debe obtenerse una visibilidad óptima en
las áreas de trabajo que dependerá del tipo de tarea que se desarrolle en
estas. Las tareas de mayor precisión por ejemplo necesitarán unos niveles
mayores de iluminancia y un rendimiento de color superior. Por ejemplo,
en el caso del alumbrado vial de la planta, se debe proporcionar de un
entorno iluminado que permita la circulación segura y cómoda de vehículos
pesados y ligeros, así como peatones. Se debe revelar toda la información
necesaria con un buen nivel de detalle y proporción, para evitar accidentes
de tráfico y sus respectivos costes humanos y económicos.
A lo largo del proyecto, se irán evaluando las distintas áreas de la planta
según los requisitos lumínicos que conlleven las actividades que se llevarán
a cabo en estas. Para cada zona se tendrá en cuenta la disposición
tridimensional de las estructuras, maquinaria, tuberías, bandejas de
cableado y otros elementos. Del mismo modo, es necesario determinar los
materiales y colores de estos elementos ya que influirán de manera distinta
sobre la iluminación global.
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II
Una vez determinado el tipo de luminaria estándar, su posición y ángulos
de inclinación, y los niveles que aporta se deberá determinar la ruta de
cableado hasta esta y los elementos de conexionado a la red general de la
planta. Luego se dimensionará el circuito y diseñarán las protecciones, así
como el sistema de control y mando. En esta etapa se establecerán las
características del armario de protección y control de iluminación. En una
última etapa se escogerán los modelos específicos de los fabricantes que se
adaptan mejor al proyecto para la fase de presupuesto, tanto para suplir los
requisitos técnicos cómo por su relación calidad-precio.
En cuanto a la noción de sostenibilidad valorada en este proyecto, esta se
alcanzará mediante un enfoque en el impacto medioambiental del proyecto,
la garantía de la seguridad del personal y el control del coste económico del
proyecto. En un primer lugar, se deberá tener en cuenta la posible
contaminación lumínica para afectar lo menos posible a las especies
autóctonas y las zonas de recreo o interés turístico próximas a la planta. El
diseño incluirá un estudio de impacto medioambiental de acuerdo con el
estándar australiano AS 4282. Las luminarias utilizadas deberán también
ser conformes a los estándares australianos de eficiencia energética y
cumplir con los “Minimum Energy Performance requirements” (MEPS)
que limitan el rendimiento energético y las pérdidas en estas. La
sostenibilidad social del proyecto conseguirá al asegurar el bienestar de la
plantilla al crear un entorno de trabajo seguro y cómodo. La iluminación de
emergencia permitirá la evacuación segura del personal y evitará
situaciones de pánico. Al determinar el número óptimo de luminarias y
escoger soluciones con la mejor relación calidad-precio, el peso económico
del proyecto será sostenible y estará justificado.
El proyecto está subdividido en dos apartados principales que son los
cálculos de alumbrado y la definición del circuito de alumbrado.
1. Cálculos de Alumbrado
Los cálculos de alumbrado se han realizado según los estándares
australianos y las especificaciones del cliente. Debido al tipo de entorno en
el que se va a construir la planta is las caracteristicas propias de esta, el que
hayan ciertos niveles de iluminación en cada superficie puede ser un
elemento crítico a la hora de asegurar la seguridad de los operarios. Cada
luminaria se considera y se posiciona de manera individual teniendo en
cuenta todos los elementos que puedan afectar a su correcto
funcionamiento.
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III
En el caso del alumbrado general de la planta, la disposición óptima se
consigue al utilizar distintos soportes para las luminarias. Cada tipo de
soporte se ha representado en planos típicos de alumbrado. Los cálculos del
alumbrado general se han realizado con el programa informático Dialux,
que permite general modelos tridimensionales de iluminación, tal y como
se muestra en la Figura A.
Figura A : Unidad C, Modelo de iluminación con Dialux
Cada plataforma y superficie significativa o zona de circulación se ha
considerado de manera individual para obtener los valores de los
parámetros de iluminación significativos. Estos son por ejemplo la
iluminancia, luminancia, uniformidad de luminancia, el deslumbramiento,
etc. El número de luminarias y la disposición óptimos se obtienen al
asegurar que se cumple esos parámetros en cada superficie.
En el caso del alumbrado vial se puede obtener un resultado más general
del análisis de los tramos rectos de carretera, ya que en estos se ponen el
mismo tipo de báculos y la calzada apenas cambia. Los báculos se
dispondrán cada 25m a una distancia de 1,2m del borde de la calzada. Esta
disposición permite obtener los 25 lux requeridos con una unifomidad de
0,4 para farolas de 13,7m de altura. Las curvas, intersección y
aparcamientos presentar una mayor complejidad geométrica por lo que
deben analizarse cada una por separado.
Las lámparas que se utilizarán serán fluorescentes, LED y de vapor de
sodio a alta presión.
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IV
2. Circuito de Alumbrado
Los cables de cada circuito se han dimensionado de manera a cumplir con
el sobrecalentamiento admisible por cortocircuito, la capacidad portante y
la caída de tensión máxima, según especifica la normativa australiana AS
3008.1.1. Siguiendo esta metodología de cálculo, se establece que el tipo de
cable a utilizar será de conductor de cobre y aislamiento XLPE X-90, con
las siguientes secciones:
Alimentación del panel central de distribución: 5x150mm2
Alimentación del cuadro de alumbrado de emergencia: 3x35+16mm2
Alimentación de los paneles locales en oficinas, gasolinera y taller de
camiones: 3x50+25mm2
Alimentación de los paneles locales de los almacenes: 5x25mm2
Conexión desde el panel de la subestación hasta las cajas de derivación
de cada luminaria (Alumbado general y vial): 5x16mm2
Distribución dentro de la unidad: 3x10mm2
Conexión entre la luminaria y la caja de derivación: 3x2,5mm2
El control y la protección del circuito de alumbrado estará centralizado en
los dos paneles generales de alumbrado (uno por cada subestación). El
detalle de la distribución de los paneles con la potencia, corriente y bornes
de conexión de cada circuito está descrito en el Apéndice 18. La potencia
total consumida por la instalación es de 260kW. Cada circuito tendrá sus
propias protecciones según la corriente nominal que tenga. La corriente de
cortocircuito estimada, y para la que se diseñarán las protecciones es de
30kA. Los únicos circuitos monofásicos conectados a las barras del panel
son los de los enchufes de mantenimiento y el alumbrado de las
subestaciones. El resto de circuitos son trifásicos hasta las cajas de
derivación.
Todas las salidas del panel estarán protegidas por un contactor y un
interruptor diferencial de corriente residual máxima de 30mA. La corriente
nominal de estas protecciones está especificada en el diagrama unifilar de
alumbrado. El tamaño mínimo de los contactores será de 16A.
Este diseño también incluye todos los documentos de un proyecto clásico
de ingeniería como son el estudio medioambiental, el informe de seguridad
y salud y el pliego de condiciones.
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V
LIGHTING DESIGN OF A FERTILIZER PLANT IN THE SOUTH
PACIFIC REGION
ABSTRACT:
Introduction
The main intent of industrial lighting is to create a visual environment that
will allow employees to have adequate visibility for developing their
activities on it without risks for their occupational health and safety. It must
ensure the safe operation of all personnel of the plant and promote an
optimal task visibility and visual comfort.
Some industrial plants need to be in operation 24 hours a day. To make this
possible, the lighting of the plant must maintain optimum lighting levels
that will allow operators to work in conditions of maximum safety and
efficiency. The created visual environment will avoid eye fatigue and
promote an effective and comfortable workspace. The lighting level of each
surface will be adapted to the type of task to be performed on that area of
the workspace. Greater precision tasks will need higher illuminance levels
and a superior colour performance. For instance, the street lighting of the
plant must provide an illuminated environment which will allow for the
safe circulation of all types of vehicles as well as pedestrians. It must reveal
all of the relevant information, with an accurate level of detail and
proportion in order to prevent accidents and their subsequent personal and
economic toll.
The different relevant areas of the plant will be evaluated throughout the
project and the appropriate lighting solution will be adapted to each
particular case. The three-dimensional arrangement of structures,
machinery, pipes, cable trays and other items will be included in the model.
This model will also consider the materials and colors of these elements as
they have a significant influence on the light technical parameters. The
design will be adapted to the changes suggested by the client and
modifications of the plot plans made by other departments (such as changes
in the pipelines and building structures).
Once the type of luminaire, position and tilt angles are established, the
route length of the circuit and size of cables must be determined. The
circuit must include the adequate protections and control equipment. At this
stage will be determined the characteristics of the control and protective
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VI
panel. Specific equipment from different manufacturers will be chosen as
reference for the Budget.
The sustainable development of this project will be achieved by a focus on
the environmental impact, the safety of personnel and the economic cost of
the project. First of all, the project will take into account the effects of light
pollution to the environment to reduce them to the minimum. The design
will include an environmental impact assessment and be in accordance with
AS4282. The luminaires used must also comply with Australian Standards
for energy efficiency and meet the "Minimum Energy Performance
Standards” (MEPS) that limit energy loss in the luminaires. Social
sustainability will be obtained by ensuring the welfare of the personnel by
creating a safe and comfortable work environment. The emergency lighting
of the plant will enable the safe evacuation of the workers and avoid panic
in critical circumstances. By establishing the optimal number of lighting
fixtures and choosing cost-efficient solutions, the economic weight of the
project will be sustainable.
This project is divided into two main sections: the lighting calculations, and
the electrical network calculations and circuit definition.
1. Lighting Calculations
The lighting calculations have been carried out following Australian
Standards and the client’s specifications. Due to the type of environment in
which the plant is to be built and the characteristics of the plant itself, the
lighting levels on each surface can be critical to ensure the safety of the
workers. Each surface is considered individually and every luminaire is
positioned considering all the neighboring factors that may affect its
continuous operation.
For the general plant lighting, the optimal disposition is obtained by using
different fixing structures. All of the different luminaire dispositions have
been plotted in standard drawings for construction. The calculations have
been carried out with the software Dialux by generating three-dimensional
models as it is shown on Figure A.
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VII
Figure B : Unit C, Dialux Lighting Model
Each significant platform surface or circulation area is considered
individually in order to obtain the values of significant light technical
parameters such as illuminance, luminance, luminance uniformity, glare,
etc. The optimal number and disposition of luminaires is the one which
ensures the requested values of those parameters.
For road lighting, a more general result can be considered from the lighting
calculations for straight sections, as the same type of luminaires have been
used in each case and carriageway is the same. The lighting poles will be
placed every 25m and with 1,2m distance for the edge of the carriageway,
to allow for the 25 lux required by the client and 0,4 illuminance
uniformity. The curves, intersections and parking lots had to be
individually considered as the analysis of uniformity becomes more
complex.
The lamps to be used are fluorescent, LED and high pressure sodium.
2. Lighting circuit
The cables of each circuit are dimensioned in order to comply with short-
circuit temperature rise, current carrying capacity, and voltage drop
limitations following AS 3008.1.1. Following these calculations was
established that for each circuit the final cables to be used for construction
will be copper conductor cables with XLPE X-90 insulation of the
following cable sections:
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VIII
Feeder of the Central Distribution Board: 5x150
Feeder of the Emergency Power Distribution Panel: 3x35 + 16 .
To feed the local lighting panels on offices, oil station and transporter’s
workshop: 3x50
To feed the local lighting panels on Unit H:5x25
From the lighting panel to the terminal boxes (Road Lighting and Plant
Lighting): 5x16
Within the unit: 3x 10 .
From the terminal box to the luminaire: 3x2,5
The circuit will be protected and controlled from two centralized lighting
panels inside the two substations of the plant. The detailed panel schedules
and connections to each of the circuit are described in Appendix 18. The
total power consumed by the system is of 260kW. Each circuit will have
corresponding protections depending on its nominal current. The expected
short-circuit current will be of 30kA, so downstream cable sizing is done
considering this value. The only single-phase circuits connected to the bus
bars are the convenience outlet circuits and the substation lighting, all of
the other circuits are three-phase circuits.
All the panel outgoings will be protected by a mini circuit breaker (MCB)
and a residual current device (RCD) of 30mA at the most. The nominal
current of these devices is specified in the one-line diagram of lighting
philosophy. The minimum size of MCBs for the lighting circuits will be of
16A.
This design has also been complemented with the required documents of
any classic engineering project which are the Environmental Study, the
Safety and Security Report and the Technical Specifications.