Instalaciones

INSTÍTUTO TECNOLÓGICO DE CHETUMAL

INGENIERÍA CIVIL

EDUARDO GONZALEZ BUCIO

INSTALACIÓNDE LOS EDIFICIOS

ALUMBRADO PÚBLICO

INDICE

INTRODUCCIÓN

Los sistemas para iluminación que integran lámparas de descarga asociadas a balastos tipo serie, de Vapor de Sodio Alta Presión (VSAP) o Vapor de Mercurio (VM), son muy susceptibles a las variaciones en su tensión de alimentación. Tensiones superiores al 105 % del valor nominal para el que fueron diseñadas disminuyen fuertemente la vida de las lámparas y equipos incrementando el consumo de energía eléctrica.

La Fig. 1 refleja la fuerte influencia de la tensión de alimentación en el consumo y en la vida de una lámpara VSAP. El incremento del 7 % produce una disminución en la vida de la lámpara del 50 % y un exceso de consumo del 16 %. De ahí la gran importancia de estabilizar la alimentación que llega a los receptores de alumbrado.

ALUMBRADO PÚBLICO Y URBANO

El primer aspecto a considerar en el alumbrado público es que debe ser diseñada para proporcionar el nivel de iluminación requerido por el tipo de vialidad, es decir, considerando el tamaño de las calles y el flujo de tránsito. En todos los casos debe considerar las condiciones específicas de iluminación, tanto en los pasos peatonales y las banquetas.

Un segundo aspecto, paralelo y complementario al anterior, es el costo de las tarifas eléctricas. El alumbrado público es la tarifa más alta. Entonces, un buen diseño del sistema de iluminación, que tiene un costo bajo, maximiza la relación beneficio, que es la que debemos buscar.

La iluminación y el consumo de energía eléctrica están íntimamente como lo está cualquier aparato que use electricidad para funcionar, por lo tanto los tres parámetros que definen el consumo, son:

1.-La potencia del foco, la cual se mide en watts.

2.-El segundo factor determinante en el consumo de la energía, es el tiempo de uso de la iluminación.

3.-La tecnología del foco.

Se debe tener especial cuidado al combinar estas tres variables, debido a que en un número importante de municipios, el porcentaje de los recursos de los gobiernos es para este rubro: la iluminación.

La tecnología de iluminación está en un mundo muy cambiante. Nuevas técnicas y equipos de iluminación, así como fuentes de luz más eficientes, permiten a los diseñadores enfrentarse con los retos del dinámico mundo del confort en las oficinas, sin olvidar los costos energéticos en constante aumento.

Por lo anterior, los sistemas de iluminación tienen que ser diseñados de manera que cree un ambiente placentero y seguro en el cual llevar a cabo el trabajo diario, durante ocho horas al día.

COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN

Lámparas

Los tipos de lámparas más utilizadas en alumbrado público son los siguientes:

Vapor de Mercurio

De amplia utilización en todo tipo de aplicaciones, aunque hoy en día tienden a sustituirse por tipos de

mayor eficacia. Actualmente se encuentra ya en desuso.

Ofrecen buenas cualidades cromáticas, vida útil larga y una gran fiabilidad de funcionamiento en todas las condiciones.

Vapor de sodio alta presión

Aunque sus cualidades cromáticas son inferiores a las de las lámparas de vapor de mercurio, su eficiencia energética es mucho más elevada y su IRC suficiente en zonas sin exigencias de color críticas. Por estos motivos, su utilización es cada día más amplia, e incluso tienden a sustituir a las de vapor de mercurio en actuaciones de ahorro energético.

La vida útil de estas lámparas es también larga y pueden ofrecer buena fiabilidad de funcionamiento, siempre que se respeten unas condiciones de diseño, funcionamiento y conservación adecuadas.

Vapor de sodio de baja presión

Su eficacia energética es todavía más elevada (son las lámparas de mayor eficacia existentes en el mercado). La vida útil es algo inferior a la de los tipos anteriores, pero también larga. Estos dos factores determinan que sea una lámpara muy económica en lo que se refiere a costes de explotación.

Por el contrario sus características de color, al emitir una luz amarilla-anaranjada prácticamente monocromática, son muy deficientes, lo que limita su uso a zonas específicas (autopistas, túneles, áreas industriales...).

Por otra parte las dimensiones del cuerpo luminoso obligan a utilizar sistemas ópticos de medidas superiores a las habituales y, en consecuencia, de distribución y rendimiento inferiores.

Halogenuros metálicos

Este tipo de lámparas tiene una eficacia luminosa elevada, tiene una luz clara constante, que hace resaltar los colores y los efectos, y por esto suele utilizarse bastante en el alumbrado público, sobretodo en el peatonal.

Equipos auxiliares

Todos los tipos de lámparas descritos basan su funcionamiento en la descarga eléctrica a través de un gas. Por las características de este fenómeno, no pueden funcionar con una simple conexión a la red eléctrica y necesitan unos equipos auxiliares compuestos por los siguientes elementos.

BALASTO

Elemento estabilizador que contrarresta la tendencia al crecimiento de la intensidad consumida por la lámpara. Habitualmente, se utiliza como estabilizador una inductancia, por lo que este elemento es normalmente conocido con el nombre de reactancia.

Las características principales a considerar son:

1.-Tensión e intensidad suministradas que deben concordar con las exigidas por la lámpara, tanto en el funcionamiento normal como en los periodos de arranque y reencendido. En caso contrario el funcionamiento resultará inestable, el flujo lumínico inferior al nominal y reducirá la vida de la lámpara.

2.-Aislamiento entre devanado, núcleo y cubierta exterior, como garantía de duración del balasto.

3.-Pérdidas, consumo propio del balasto que debe de ser lo más reducido posible tanto por economía energética, como por su influencia en la temperatura de funcionamiento.

4.-Resistencia al calentamiento para alargar la vida del componente.

Condensador

Elemento destinado a corregir el bajo factor de potencia propio del circuito formado por las lámparas y el balasto inductivo, evitando la sobrecarga de las redes y el consumo de energía reactiva.

Las características más importantes a considerar son:

1.-La tensión nominal debe ser inferior a la de la red a la que estará conectado.

2.-La capacidad debe corresponder a la exigida por la lámpara.

3.-Debe haber un aislamiento adecuado y no llegar a un calentamiento que reduzca la vida del condensador.

Arrancador

También llamado cebador o ignitor. Su función es generar los impulsos de tensión necesarios para el encendido de la lámpara. (en las lámparas de vapor de mercurio no es necesario este elemento, ya que la tensión suministrada por el balasto es suficiente para el encendido).

Las características más importantes son:

• Tensión de choque comprendida entre los límites inferior y superior que admite la lámpara.

• Amplitud de impulso correspondiente a la exigida por la lámpara.

• Resistencia al calentamiento para alargar la vida del componente.

Balasto electrónico

A 50/60 Hz, la descarga va a perder muchos electrones e iones, a causa de la desionización en cada inversión de corriente. La descarga debe ser reiniciada periódicamente. Es completamente diferente con la corriente de alta frecuencia (por encima de 10 Hz). En este caso, una carga eléctrica suficiente queda disponible durante la inversión de la corriente. Ello significa que no se requieren suplementos de potencia para el reencendido de la descarga, lo que aumenta un 10 % el flujo luminoso.

Los circuitos electrónicos de alta frecuencia mejoran las prestaciones en los siguientes aspectos:

• Arranque sin parpadeo en menos de un segundo

• Funcionamiento sin parpadeo del cátodo

• Cebado en caliente prolonga la duración de vida de la lámpara y minimiza el ennegrecimiento de los electrodos

• Posibilidad de eliminar los efectos estroboscópicos

LUMINARIAS

La luminaria es el conjunto óptico cuya principal misión es distribuir el flujo lumínico generado por la lámpara para conseguir un reparto de iluminación adecuado a las necesidades del proyecto y controlar las posibles molestias al usuario.

Aunque la lámpara sea el elemento determinante de la cantidad de luz original, la luminara condicionará el aprovechamiento final de esta luz, en cantidad, por su mayor o menor rendimiento, y en cualidad por la configuración espacial en que se distribuya.

Además de esta función luminotécnica principal, la luminaria cumple también una función mecánica de soporte y protección de la lámpara y conjunto óptico que determina en gran manera la fiabilidad de funcionamiento de la instalación y su aprovechamiento útil a lo largo del tiempo.

Características:

Fotométricas

Definidas mediante un conjunto de gráficos y tablas que indican el reparto de flujos en distintas zonas del espacio, la distribución en distintas zonas del espacio, la distribución de intensidades lumínicas en distintas direcciones o la iluminación resultante sobre un plano determinado.

Eléctricas

La luminaria como aparato eléctrico debe cumplir las especificaciones reglamentarias, en función del caso de aplicación. La norma que reglamenta las luminarias a nivel nacional es la UNE-EN 60598.

Según esta UNE las luminarias para alumbrado público debe ser de clase I o clase II.

CLASE I CLASE II CLASE III

Aislamiento funcional con

puesta a tierra de las partes

metálicas accesibles

Aislamiento funcional

complementado por un

aislamiento suplementario ó

un sólo aislamiento reforzado,

sin puesta a tierra

Aislamiento en baja tensión

Símbolo: Símbolo: Símbolo:

ESTANQUEIDAD

La estanqueidad, sobre todo del bloque óptico, garantiza la conservación en el tiempo de las características fotométricas. Los grados de estanqueidad mínimos aconsejables son encuentran en la norma UNE-EN 60598.

Térmicas

Las temperaturas elevadas que pueden dañar o acortar la vida de los elementos de la propia luminaria, o de la lámpara y accesorios incorporados a ella.

Resistencia mecánica

Tanto de sus componentes, como del ensamblaje del conjunto y de la fijación de éste al soporte. La resistencia al impacto en los casos normales de alumbrado público deberá ser de grado 3. En casos poco comprometidos puede admitirse el grado 2 y en caso de exigencia elevada (antivandálicas) será de grado 5.

Resistencia a la corrosión

Teniendo en cuenta las elevadas solicitaciones a que está sometida la luminaria, los materiales de construcción deben ser elegidos en función de la agresividad ambiental. También debe evitarse la acciónde pares galvánicos entrecomponentes.

Operativas

Las operaciones de montaje y desmontaje de la luminaria y, sobre todo, las posteriores operaciones de mantenimiento, deben poder realizarse con facilidad y sin posibilidad de alterar las posiciones de enfoque, fijación, etc.

-Estéticas

El diseño, acabado y color de la luminaria determinan en gran parte la imagen estética del conjunto de la instalación.

Ejemplos Luminarias alumbrado público:

Foto Luminaria alumbrado público1 Foto Luminaria alumbrado público2

Foto Luminaria alumbrado público3 Foto Luminaria alumbrado público4

Foto Luminaria alumbrado público5 Foto Luminaria alumbrado público6

Foto Luminaria alumbrado público7 Foto Luminaria alumbrado público8

Soportes

Son los elementos tales como brazos, báculos, columnas, etc destinados a mantener la luminaria en la posición deseada.

Desde el punto de vista luminotécnico, las únicas características relevantes del soporte son sus dimensiones, altura y saliente. Pero también cabe destacar:

Los soportes estarán hechos de materiales resistentes a las acciones de la intemperie o estarándebidamente protegidos contra éstas, no permitirán la entrada de agua de lluvia ni la acumulación de agua de condensación.

Se dimensionarán de manera que resistan las solicitaciones mecánicas, particularmente teniendo en cuenta la acción del viento, con un coeficiente de seguridad no inferior a 2,5.

Resistencia a la corrosión para garantizar su durabilidad.

Espacio y accesibilidad para la instalación y mantenimiento del aparellaje interior.

Estética ya que junto con la luminaria constituyen los elementos visibles de la instalación.

Báculos Columnas

Brazos

Normas:

A continuación se indican las Normas Oficiales Mexicanas vigentes que tienen relación con los sistemas de alumbrado público:

NOM-001-SEDE-2005 Instalaciones Eléctricas (utilización)

NOM-002-SEDE-1999 Requisitos de seguridad y eficiencia energética para transformadores de distribución

NOM-013-ENER-2004 Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en vialidades y áreas exteriores públicas

NOM-058-SCFI-1999 Balastros para lámparas de descarga eléctrica en gas

NOM-064-SCFI-2000 Luminarios para uso en interiores y exteriores

NMX-J-230-ANCE-2007 Balastros para lámparas de vapor de mercurio en alta presión y aditivos metálicos

NMX-J-503-ANCE-2005 Balastros para lámparas de descarga de alta intensidad y lámparas de vapor de sodio en baja presión

NMX-J-507/1-ANCE-2005 Coeficiente de utilización de luminarios para alumbrado público de vialidades.

NMX-J-510-ANCE-2003 Balastros de bajas pérdidas para lámparas de descarga de alta

intensidad, para utilización en alumbrado público

NMX-J-537-ANCE-2004 Balastros de impedancia lineal para lámparas de descarga de alta intensidad y lámparas de vapor de sodio en baja presión

Características y recomendaciones para el diseño de sistemas de alumbrado público eficiente

La propuesta de sustitución de equipos en el alumbrado público se recomienda sea:

vapor de sodio en alta presión y balastro de bajas pérdidas.

En otras áreas como parques, zócalos, plazas públicas, etcétera, se podrá utilizar: vapor de sodio en alta presión o aditivos metálicos con balastro de bajas perdidas en ambos casos.

Los sistemas de iluminación ineficientes instalados en el alumbrado público pueden ser sustituidos por sistemas de eficacia mayor y con flujo luminoso igual o similar al sistema actual, lo anterior garantiza que no habrá disminución en los niveles de iluminación, manteniendo así el confort de la población.

Los sistemas ineficientes, también pueden ser sustituidos por sistemas de mayor eficacia y con flujo luminoso inferior al sistema actual, lo anterior implica una reducción de los niveles de iluminación, por lo que se debe realizar una verificación de éstos niveles, con el objeto de cumplir con los valores mínimos establecidos en el Artículo 930 de la NOM-001-SEDE-2005.

Los sistemas ineficientes, se pueden sustituir por sistemas de mayor eficacia y con flujo luminoso mayor al sistema actual, lo anterior implica un aumento en los niveles de iluminación y en la carga del sistema de alumbrado público, por lo que se debe realizar una comparación con la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) establecida en la NOM-013-ENER-2004.

Especificaciones para sistemas de iluminación para el alumbrado público

Las especificaciones, establecen los parámetros mínimos de eficiencia (características técnicas y normativas) que deberán cumplir los equipos y materiales de iluminación.

Se recomienda no instalar lámparas fluorescentes, incandescentes, luz mixta, vapor de mercurio y halógenas en el alumbrado público municipal.

Es importante señalar que los lineamientos y especificaciones indicadas aquí no tienen carácterlimitativo. Si el Gobierno Municipal considera otros aspectos adicionales, podrán indicar las modificaciones y/o ajustes que se requieran.

A) Lámparas de vapor de sodio en alta presión (VSAP)

a) Especificaciones

Las lámparas de VSAP deben cumplir con lo establecido en las normas oficiales

mexicanas y normas mexicanas aplicables, además de las siguientes especificaciones.

b) Características generales

Potencias 35, 50, 70, 100, 150, 250 y 400 W

Temperatura de color 1,900 a 2,100 K

Índice de rendimiento de color, mínimo 22

Vida promedio 24,000 horas

Flujo luminoso inicial 35 W = 2,250 lm,

50 W = 4,000 lm,

70 W = 6,300 lm,

100 W = 9,500 lm,

150 W = 16,000 lm,

250 W = 28,500 lm,

400 W = 50,000 lm

B) Balastros para lámparas de VSAP

a) Especificaciones

Los balastros para lámparas de VSAP deben cumplir con lo establecido en las normas oficiales mexicanas NOM-058-SCFI-1999, NMX-J-510-ANCE-2003, para utilización en alumbrado público.

C) Lámparas de Aditivos Metálicos (ADM)

a)Especificaciones

Las lámparas de ADM deben cumplir con lo establecido en las normas oficiales mexicanas y normas mexicanas aplicables, además de las siguientes especificaciones:

D) Balastros para lámparas de aditivos metálicos (ADM)

a)Especificaciones

Los balastros para lámparas de ADM, deben cumplir con lo establecido en las normas oficiales mexicanas NOM-058-SCFI-1999 y la norma mexicana, NMX-J-510-ANCE-2003, para utilización en alumbrado público.

E) LUMINARIAS PARA ALUMBRADO PUBLICO

a) Especificaciones

El luminario, debe ser de cuerpo fabricado en fundición de aluminio inyectado a alta presión y cubierto con pintura poliéster en polvo aplicada por el proceso electrostático y curada al horno; de una sola puerta, el sistema óptico debe constar de un reflector facetado con acabado texturizado en la cavidad de la lámpara, fabricado de aluminio con acabado brillante que lo provea de alta eficiencia y lo proteja contra la corrosión; un portalámpara localizado en el frente del luminario, que deberá ser ajustable a diferentes posiciones y una cubierta de cristal plano, claro, termo templado, en conjunto deberá ser capaz de proporcionar curvas fotométricas del tipo III Media, con opción a II Media Cut Off y eficiencias mínimas del 69%; la hermeticidad del sistema óptico debe ser con empaques de Dacrón poliéster, que impidan el paso de partículas contaminantes y permita la disipación del calor generado por la lámpara.

El cierre del sistema óptico se debe realizar mediante un seguro tipo gatillo resistente a las vibraciones, fabricado de fundición de aluminio inyectado a presión, que permita abrir fácilmente con una sola mano durante el mantenimiento del luminario y los cambios de lámpara. La armadura del luminario deberá contar con una abrazadera de cuatro tornillos que permita el montaje del luminario a un brazo de hasta 51 mm de diámetro.

El luminario deberá ser autobalastrado, equipado para operar lámparas de vapor de sodio en alta presión, diseñado para operar a una tensión de alimentación de 220 V, 60 Hz; el balastro. Deberá incluir base para fotocelda y fotocelda.

Deberá estar provisto de una terminal o equivalente para su conexión a tierra, identificada con el color verde o el símbolo de conexión a tierra, también deberá tener una etiqueta que permita desde el piso identificar su potencia.

El mantenimiento del luminario no deberá requerir de herramienta especializada.

Los luminarios para lámparas de VSAP y de ADM deben cumplir con lo establecido en las normas oficiales mexicanas NOM-064-SCFI-2000 y NMX-J-507/1-ANCE-2005.

Recomendaciones

Uso adecuado de luminarios

En el mercado existe una amplia variedad de luminarios, cuya eficiencia varía notablemente. Para identificar los de mayor eficiencia es necesario evaluar el nivel de iluminación y la forma de distribuir la luz; ésta también tiene relación con la altura de montaje y con la separación entre postes.

Criterios de Diseño

Los parámetros de diseño se pueden agrupar en dos bloques diferentes:

-Las características mecánicas y eléctricas de las luminarias

-Parámetros referentes a la implantación

1 Características mecánicas y eléctricas de las luminarias

Las luminarias como aparatos eléctricos deben cumplirlas especificaciones reglamentarias contempladas en el vigente REBT (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión).

En el apartado de la protección mecánica de las luminarias:

GRADOS 1ª CIFRA

(Introducción de cuerpos

sólidos) 2ª CIFRA

(Penetración de agua)

0 No protegido No protegido

1 Protegido contra cuerpos sólidos

más de 50mm

de

IP 1X Protegido contra la caída vertical de

de agua

gotas

IP X1

2 Protegido contra los cuerpos

de más de 12mm

sólidos

IP 2X Protegido contra la caída de agua con

una inclinación máxima de 15º

IP X2

3 Protegido contra los cuerpos

de más de 2,5mm

sólidos

IP 3X Protegido contra el agua en forma de

lluvia

IP X3

4 Protegido contra los cuerpos

de más de 1mm

sólidos

IP 4X Protegido contra las proyecciones de

agua

IP X4

5 Protegido contra el polvo

IP 5X Protegido contra los chorros de agua

IP X5

6 Totalmente protegido contra el

polvo

IP 6X Protegido contra fuertes chorros de

(mar gruesa)

agua

IP X6

7 Protegido contra los efectos de la

inmersión

IP X7

En función de la aplicación de cada tipo de luminaria, tendrá un grado de exigencia mecánica. Así, lanorma UNE-EN 60598, apartado 4.13.1 exige la resistencia siguiente, en las partes frágiles, para distintos

tipos de luminarias:

Luminaria Energía de impacto

Empotradas, portátiles 0.2 Nm

Portátiles de pié y mesa 0.35 Nm

Alumbrado Público y Proyectores 0.5 Nm

Por otra parte, se acostumbra a indicar el grado de protección proporcionado por la envolvente contra los choques mecánicos. Esta protección se expresa como tercera cifra característica IP (IP-XXX). Para cada grado de protección, (norma UNE 20-324-93 / EN 60-529-91) se requieren los siguientes valores de energía de choque:

Tercera cifra característica: 0 1 3 5 7 9

Energía de choque (J) - 0.255 0.5 2 6 20

Una posterior normativa (UNE-EN 50-102-96), indica los grados de protección proporcionados por los envolventes de materiales eléctricos contra impactos mecánicos externos. Dichos grados se expresan con el código IK, cuyas energías de impacto son las siguientes:

Código IK IK00 IK01 IK02 IK03 IK04 IK05 IK06 IK07 IK08 IK09IK10

Energía de impacto -0.15 0.2 0.35 0.5 0.7 1 2 5 10 20

Las luminarias de alumbrado público y los proyectores de uso exterior, además, deberán resistir velocidades del viento de 150 km/h, las pruebas de lo cual se citan en UNE-EN 60598-2-3 y UNE-EN 60598-2-5 respectivamente. En dicha norma se indica los ensayos pertinentes para su comprobación.

Parámetros referentes a la implantación

La disposición de las luminarias en el alumbrado público, está en relación a las características propias del tipo de vía que se pretenda iluminar.

En caso de vías con tráfico en ambos lados, han sido reconocidas cuatro formas aptas de disposición de luminarias:

- Unilateral

- Tresbolillo

- Pareadas

- Suspendidas

Disposición Unilateral

Anchura de la calzada ha de ser inferior o igual a la altura de las luminarias

Disposición Bilateral al tresbolillo

Anchura de la calzada será superior a 1.5 veces la altura de las luminarias

Disposición Bilateral Pareada

Además de la disposición también influyen factores como la altura de los soportes el tipo y potencia de las lámparas y la interdistancia entre soportes.

A modo orientativo son de utilidad las siguientes relaciones entre magnitudes:

En la siguiente tabla se muestra el tipo de disposición de puntos de luz en función de la relación

h/A (donde h: altura de montaje de la luminaria y A: anchura de la calzada).

Disposición Relación h/A

Valor mínimo Valor máximo

Unilateral 0.85 1

Tresbolillo 0.5 0.66

Pareada 0.33 0.5

Axial 0.85 1

Flujo Luminoso (klm) Altura de montaje (m)

Inferior a 15 Inferior a 7,5

15-20 7,5-9

20-40 9-12

Superior a 40 Superior a 12

En la siguiente tabla el flujo luminoso de la fuente de luz con la altura de montaje de las luminarias.

Para calcular la interdistancia de soportes, se utiliza la siguiente fórmula:

S  la ⋅ Fu ⋅ Fc

Em ⋅ A

Mantenimiento

La calidad de una instalación de iluminación se deteriora con la edad por los siguientes motivos:

Reducción del flujo luminoso de la lámpara con el incremento de las horas de encendido

Fallos en la lámpara

Acumulación de suciedad sobre las lámparas y las luminarias

Degradación de las partes óptica

El mantenimiento correctivo consiste en la reparación de todas las averías e incidencias del sistema.

Las actuaciones más habituales son:

 Sustitución de las lámparas

 Sustitución o reparación de las luminarias

 Sustitución y/o ajuste del Sistema de programación y/o encendido

El mantenimiento preventivo consiste en la revisión periódica de todos y cada uno de los elementos de la instalación, efectuando las tareas necesarias para evitar averías y/o fallos de la misma, antes de que ocurran. Algunas tareas habituales a tener en cuenta son:

 Inspección del estado de los soportes (corrosión, anclajes, tapas de registro, etc.)

 Inspección de las luminarias /caja de conexiones eléctricas, amarres, cierre, limpieza, etc.)

 Inspección del tendido eléctrico

 Comprobación de la iluminación ofrecida y su intensidad.

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