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PROPUESTA DE AHORRO DE ENERGIA EN EL ALUMBRADO PUBLICO DE SAN AGUSTIN OHTENCO, MILPA ALTA

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Academic year: 2017

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“Unidad Profesional Adolfo López Mateos”

“Propuesta de ahorro de energía en el alumbrado

público de San Agustín Ohtenco, Milpa Alta”

T E S I S

Que para obtener el titulo de

: Ingeniero Electricista

Presentan:

Flores Rico Leonel

García Figueroa Sergio Humberto Jiménez Lira Raymundo

Director de Tesis: Ing. Antonio Reyes Valencia Ing. Juan Abugaber Francis

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Las palabras que he de dedicar aquí, sé de antemano, serán insuficientes para expresar el profundo agradecimiento que siento hacia las personas que se han involucrado en mi vida hasta este punto. Y ese sentimiento se vuelve inmenso cuando pienso en que sólo me referiré al profesionista y no al resto de mi persona, en tal caso sería hasta insensato…

He de agradecer primeramente a quienes han sembrado en mí el más puro y sensato apego al conocimiento, porque lograron que comprendiera o al menos vislumbrara el verdadero sentido de esa búsqueda; y entre ellos cuento a personas que desde mis años infantes me guiaron al camino en el que me encuentro hasta hoy.

Al grupo de personas con quienes cursé felizmente mis estudios. Podré olvidarme de las aulas antes de olvidar el tiempo que he pasado con ustedes y todo lo que su sola presencia me ha enriquecido; y recuerdo con gusto a mis compañeros estudiantes; a quienes ahora me dirijo con orgullo como mis colegas; y sin embargo prefiero ufanarme refiriéndome a ellos como mis amigos.

Además he de agradecer sobre todo a mis padres, porque me enseñaron la esencia de la virtud y convirtieron la simple lozanía en voluntad creadora y a mis hermanos porque siempre han sido alumnos y maestros además de compañeros inseparables y los primeros a quienes yo cuento como amigos.

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A Dios que siempre le pedí de alguna forma su ayuda y que me ha iluminado sentido y se que la fe que he depositado siempre en el ha sido correspondida, gracias por cuidarme en todo momento.

A mis padres ya que gracias al apoyo incondicional que me han dado he podido culminar este objetivo, gracias por todos sus consejos que me han ayudado a llegar hasta este punto tan importante de mi vida y sobre todo gracias porque a ustedes me debo.

Hermanos, primos agradezco el ejemplo que me han puesto y que han compartido gran parte de sus vidas conmigo y por darme aliento para la ardua tarea de caminar hacia la perspectiva de un nuevo día; de verdad serán inolvidables.

A todos los profesores que aparte de haber creado en mi el interés de aprender, me enseñaron las diferentes formas de ver la vida, a tomar diferentes actitudes ante lo inesperado, gracias por la paciencia a mi inconsistencia y por soportarme cada semestre entre sus aulas, pero sobre todo gracias a los que me brindaron la mano y que ahora son mis amigos y colegas.

Amigos gracias por compartir esta travesía conmigo, gracias por los momentos que disfrutamos en la escuela, de verdad serán eternos los desvelos, las risas, las preocupaciones, los miedos, por compartir la mitad de la vida, conocimientos, triunfos y tropiezos, a aquellos que de verdad son mis amigos; siempre estaré con ustedes.

Mil Gracias.

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Primero y antes que nada, dar gracias a Dios mi Señor, mi Guía, mi Proveedor, por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio.

A mis padres, Raymundo y Yolanda, les agradezco su apoyo, su guía y su confianza en la realización de mis sueños. Soy afortunado por contar siempre con su amor, comprensión y ejemplo. Esta tesis es suya.

A mi tía Silvia, por su cariño, comprensión y apoyo sin condiciones ni medida, por darme la estabilidad emocional, económica y sentimental; para poder llegar hasta este logro, que definitivamente no hubiese podido ser realidad sin ella. Gracias por guiarme sobre el camino de la educación.

A mi abuelita Gloria, Que aunque este lejos será siempre mi inspiración para alcanzar mis metas, por enseñarme que todo se aprende y que todo esfuerzo es al final recompensa. Tu esfuerzo, se convirtió en tu triunfo y el mío, TE AMO.

A mis hermanos, por ser los mejores y estar conmigo incondicionalmente, gracias porque sin ellos, sus enseñanzas, su apoyo y compañía no estaría aquí ni sería quien soy ahora, a ellos les dedico esta tesis.

A Karen, por tu apoyo, compresión y amor que me motiva a lograr lo que me proponga. Gracias por escucharme, por tus consejos, tu paciencia y tu incondicionalidad. Gracias por ser parte de mi vida.

A todos mis amigos que estuvieron conmigo y compartimos tantas aventuras, experiencias, desveladas y triunfos.

A mi equipo de tesis: Leonel y Sergio, dos personas que fueron mi apoyo durante este agradable y difícil periodo académico, por ser MIS AMIGOS, y por seguir soportándome y siendo parte de mi vida, LOS VALORO.

Gracias a cada uno de los maestros que participaron en mi desarrollo profesional durante mi carrera, sin su ayuda y conocimientos no estaría en donde me encuentro ahora.

Gracias a todos!

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Resumen 1

Introducción 2

Conclusiones 3

1. GENERALIDADES DE ALUMBRADO 4

1.1 Alumbrado 4

1.2 Alumbrado público 7

1.2.1 Equipo utilizado en el alumbrado público 12

1.2.2 Normatividad aplicable al alumbrado público 16

2. AHORRO DE ENERGÍA EN ILUMINACIÓN 18

2.1 Adecuación de niveles de iluminación 18

2.2 Equipos ahorradores 19

2.3 Otros dispositivos 21

2.4 Medidas generales de ahorro energético en iluminación pública 23

3. ESTADO ACTUAL DEL SISTEMA DE ALUMBRADO EN EL POBLADO 25

3.1 Ubicación del caso de estudio 25

3.2 Cuantificación del tipo y número de luminarias instaladas 27 3.3 Niveles de iluminación brindados por el sistema actual 29

3.4 Percepción del servicio por los habitantes 32

3.5 Costo actual del servicio 35

4. PROPUESTA PARA EL AHORRO DE ENERGÍA 37

4.1 Selección de los equipos a utilizar y ajuste de niveles de iluminación 37

4.2 Análisis económico 46

Referencias 54

Anexo A 55

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Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de ahorro de energía para el sistema de alumbrado público de San Agustín Othenco, Milpa Alta. Esta propuesta busca la reducción del consumo energético así como la mejora de la calidad en la iluminación del poblado.

Para lo anterior se realizó un estudio del estado actual del sistema el cual comprende el censado de las cargas instaladas considerando la potencia de las lámparas y balastros, así como tipo y características del montaje de las luminarias, además de la ubicación y el uso destinado a ellas. Así mismo se realizó una encuesta en la población entrevistando a un total de 200 personas, para conocer la percepción de los habitantes, sus necesidades y saber de forma general los lugares en donde la iluminación requiere de más atención. Con base a esto se eligieron los puntos donde se realizaron mediciones fotométricas que comprenden la determinación del nivel medio de iluminancia, la uniformidad de ésta y el valor de densidad de potencia eléctrica para alumbrado (DPEA), además de las características del montaje de las luminarias.

Con los resultados obtenidos se encontró que el sistema de alumbrado público no cumple con los requerimientos sobre iluminancia media y uniformidad de iluminancia establecidos en la NOM-001-SEDE-2005, además de que el valor de DPEA sobrepasa al máximo permisible de acuerdo a la NOM-013-ENER-2004. Lo anterior indica que la potencia eléctrica consumida no es aprovechada adecuadamente, ya que se utiliza una cantidad de energía innecesaria para iluminar las vialidades, mismas que aún así no cuentan con los niveles de iluminación correctos.

Dada la problemática anterior se propuso la utilización de equipo más eficiente; es decir, luminarias con un mejor aprovechamiento del flujo luminoso emitido, lámparas con una mejor eficiencia y balastros con bajas pérdidas. Se ajustó la potencia de las fuentes luminosas de acuerdo a los requerimientos de cada vialidad, y ajustando las características del montaje de las luminarias (brazo y altura de montaje), se logró que el consumo de energía eléctrica disminuyera de 15 861,27 kWh/mes a 10 002,16 kWh/mes. Con esto se logra un ahorro energético anual de 70 309,34 kWh/año lo que representa un ahorro económico anual de $ 187 908,72, esto sin considerar el incremento anual en el costo por kWh, lo que incrementaría esta cifra. La razón por la cual se propuso la utilización de la misma tecnología empleada en las lámparas es porque las tecnologías innovadoras (tales como lámparas LED y de inducción) es muy costosa y ya que se trata de un poblado relativamente pequeño, no cuenta con los recursos suficientes para invertir en un proyecto que las considere.

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Introducción

El alumbrado público, como servicio básico tiene la finalidad de satisfacer las condiciones necesarias de iluminación de las calles, el servicio a peatones, vehículos en vialidades y en espacios públicos. Sin embargo, la inadecuada planeación del sistema de alumbrado público (causada por el cambio de las necesidades lumínicas en las vías, sustitución irregular de equipo, entre otros) ha provocado que se presenten problemas muy serios de ineficiencia energética así como una cobertura deficiente de las necesidades de iluminación. Esto genera problemas de imagen e inseguridad pública además de gastos innecesarios en la facturación de la energía al ayuntamiento, provocando la reducción del presupuesto destinado a otros servicios.

El caso particular que se abordó es el del poblado de San Agustín Ohtenco, localizado al norte de la Delegación Milpa Alta, que a pesar de pertenecer al Distrito Federal sufre de rezagos en su infraestructura, así como en el sistema de alumbrado público, ya que éste ha carecido de actualización desde 1980, periodo en el cual se instaló un gran número de lámparas de vapor de sodio, utilizando las mismas luminarias en las que existían lámparas de vapor de mercurio.

De acuerdo a esto se sugirió una serie de medidas que garantizan la actualización del sistema de alumbrado público, así como la reducción del consumo de energía y el mejoramiento de la calidad en la iluminación brindada. Estas medidas se concentran en el diagnóstico del estado actual del sistema, para evaluar los niveles de iluminación adecuados, así como la colocación idónea de las luminarias, la sustitución de equipos obsoletos y cambio del tipo de luminaria.

La implementación de estas medidas generaría ahorros tanto energéticos como económicos, lo que permitiría que se mejoraran otros servicios públicos apoyando así al desarrollo de la comunidad y el bienestar de la población en general. Además de que la calidad del alumbrado público se incrementaría y las funciones para las cuales está planeado tal sistema se realizarían de mejor manera, brindando más seguridad, confort e imagen en el poblado.

El objetivo del trabajo es realizar una propuesta de ahorro de energía eléctrica en el alumbrado público de San Agustín Ohtenco, Milpa Alta DF.

Esto se justifica ya que el gasto por alumbrado público representa para la mayoría de los ayuntamientos un costo mucho mayor al que correspondería si se aplicasen técnicas de ahorro energético. La implementación de medidas de ahorro energético significa una oportunidad valiosa para reducir el costo del servicio al ayuntamiento, beneficiando además a la comunidad.

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Para lograr el objetivo del proyecto se desarrollaron cuatro capítulos; de los cuales en el primero se trata lo relativo al alumbrado, enfocándose sobre todo al alumbrado público y los equipos utilizados en el mismo. Posteriormente en el segundo capítulo se describen las técnicas para el ahorro energético en la iluminación de exteriores. En el siguiente capítulo se aborda el tema del estado actual del sistema de alumbrado público en el poblado para el que se realizó la propuesta, incluyendo los costos que genera, para esto se midieron los niveles de iluminación actuales y se verificó su cumplimiento con la normatividad correspondiente, así como el censo de cargas instaladas; para finalizar, en el cuarto capítulo se determinaron las características con que debe contar el sistema de alumbrado ajustando los niveles de iluminación, disposición de las luminarias y la sustitución de equipos obsoletos, analizando posteriormente el costo de la inversión inicial y los beneficios tanto energéticos como económicos que se logran.

Conclusiones

Teniendo como referencia el análisis que se realizó al alumbrado público de San Agustín Othenco, se determinó que el sistema de iluminación no cumple con los parámetros mínimos establecidos por norma, esta situación trae consigo problemas de mala iluminación, una demanda de potencia innecesaria y por lo tanto un egreso económico superior al necesario, además de provocar una mala imagen del poblado y la inconformidad de los habitantes. Esto se debe básicamente a la mala planeación del sistema, ya que se emplea de manera indistinta una sola longitud de brazo, así como lámparas mal dimensionadas, con potencias que no son necesarias para iluminar las áreas en las que están instaladas. Ya que la ubicación de luminarias está limitada a la ubicación de postes de distribución eléctrica, el incorrecto dimencionamiento de la potencia de las lámparas, de la longitud de brazo y la altura de montaje ocasiona una mala calidad en la iluminación de las vías públicas.

Por estas situaciones se tomó la determinación de que el caso de estudio permite que se proponga la implementación de equipos más sofisticados para mejorar la calidad de la iluminación brindada y reduciendo además la potencia eléctrica consumida. Generando así importantes ahorros económicos con lo que se apoya al mejoramiento de otros servicios públicos y al desarrollo de la comunidad. Estas mejoras en el alumbrado público se logran utilizando equipos más eficientes y afectando los parámetros que interfieren directamente en el aprovechamiento adecuado en cuanto a la potencia consumida y flujo luminoso emitido, y no involucrando la operación de los equipos en sí. La tecnología propuesta es fundamentalmente igual a la instalada actualmente, salvo que la primera cuenta con características que la hacen más eficiente. Por ello el costo de la inversión inicial no es tan elevado si se compara con tecnologías innovadoras como el LED o las lámparas de inducción.

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Capítulo 1

Generalidades del Alumbrado

1.1 Alumbrado

El alumbrado se entiende como aquel sistema físico utilizado para iluminar un lugar determinado, éste surge de la necesidad de sustituir o compensar la pérdida de iluminación natural durante ciertos periodos con iluminación artificial, que si bien dista ampliamente de la natural, al menos debe cumplir requerimientos mínimos de calidad y cantidad. Esta cantidad esta determinada por el flujo luminoso (la potencia emitida en forma de luz perceptible) sobre un área específica, a esta relación se le conoce como iluminancia o nivel de iluminación y su unidad de medida es el lux. El ojo humano está habituado a altos niveles de iluminación, proporcionados por la luz natural, por lo que lo ideal sería disponer de niveles similares a aquellos. Sin embargo en pocas ocasiones resulta conveniente, bajo el punto de vista económico, la utilización de niveles de iluminación de magnitud similar a los proporcionados por la luz del día.

La luz del día proporciona niveles de iluminación del orden de 10 000 lux a 100 000 lux, mientras que por medio de la iluminación artificial se obtiene típicamente niveles menores a los 2 000 lux. El ojo humano con su enorme capacidad de adaptación, permite obtener sensaciones de bienestar y satisfacción con niveles así de bajos.

Los sistemas de alumbrado y los niveles de iluminación brindados son tan diversos como las actividades que se desarrollan en los espacios a iluminar. Así, se hace una distinción general de los sistemas de alumbrado como:

1) Alumbrado de interiores 2) Alumbrado de exteriores

Alumbrado de interiores

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[image:12.612.102.512.117.635.2]

En la tabla 1 se mencionan los niveles de iluminación mínimos recomendados para los usos más comunes en interiores, según la NOM-025-STPS-1999.

Tabla 1. Niveles de iluminación recomendados para usos generales [1]. TAREA VISUAL

DEL PUESTO DE TRABAJO

ÁREA DE TRABAJO NIVELES MÍNIMOS DE ILUMINACIÓN

( LUX )

En exteriores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos.

Áreas generales exteriores: patios y

estacionamientos. 20

En interiores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos.

Áreas generales interiores: almacenes de poco movimiento, pasillos, escaleras, estacionamientos cubiertos, labores en minas subterráneas, iluminación de emergencia.

50

Requerimiento visual simple: inspección visual, recuento de piezas, trabajo en banco y máquina.

Áreas de servicios al personal: almacenaje rudo, recepción y despacho, casetas de vigilancia, cuartos de compresores y pailería.

200

Distinción moderada de detalles: ensamble simple, trabajo medio en banco y máquina, inspección simple, empaque y trabajos de oficina.

Talleres: áreas de empaque y ensamble, aulas y oficinas.

300

Distinción clara de detalles: maquinado y acabados delicados, ensamble e inspección moderadamente difícil, captura y procesamiento de información, manejo de instrumentos y equipo de laboratorio.

Talleres de precisión: salas de cómputo, áreas de dibujo, laboratorios.

500

Distinción fina de detalles: maquinado de precisión, ensamble e inspección de trabajos delicados, manejo de instrumentos y equipo de precisión, manejo de piezas pequeñas.

Talleres de alta precisión: de pintura y acabado de superficies, y

laboratorios de control de calidad. 750

Alta exactitud en la distinción de detalles: ensamble, proceso e inspección de piezas pequeñas y complejas y acabado con pulidos finos.

Áreas de proceso: ensamble e inspección de piezas complejas y

acabados con pulido fino. 1 000

Alto grado de especialización en la distinción de detalles.

Áreas de proceso de gran exactitud.

2 000

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Para poder obtener tales niveles de iluminación se utilizan diversas técnicas de alumbrado, estas permiten además conseguir grados diferentes de uniformidad en la iluminación. En general se pueden mencionar tres casos:

1.- Alumbrado general

Proporciona una iluminación uniforme sobre toda el área iluminada. Es un método de iluminación muy extendido y se consigue distribuyendo las luminarias, de forma regular por todo el techo del local a iluminar. Es importante hacer la distinción entre una lámpara y una luminaria; mientras la lámpara se refiere a la fuente luminosa en sí, la luminaria es todo el conjunto de la lámpara, reflector y difusor, así como el gabinete y dispositivos utilizados para el correcto funcionamiento del sistema.

2.- Alumbrado general localizado

Proporciona una distribución no uniforme de la luz de manera que esta se concentra sobre las áreas de trabajo. El resto del local, formado principalmente por las zonas de paso, se ilumina con una luz más tenue. Se consiguen así importantes ahorros energéticos puesto que la luz se concentra allá donde es necesaria. Este alumbrado se logra concentrando las luminarias sobre las zonas de trabajo. Esto presenta algunos inconvenientes respecto al alumbrado general, sobre todo si la diferencia de luminancias entre las zonas de trabajo y las de paso es muy grande, lo que puede producir deslumbramiento. La luminancia en un punto de una superficie y en una dirección dada, se define como la intensidad luminosa de un elemento de esa superficie, dividida por el área de la proyección ortogonal de este elemento sobre un plano perpendicular a la dirección considerada, la unidad de medida es la candela por metro cuadrado (cd/m2).

3.- Alumbrado localizado

Se emplea cuando se requiere una iluminación suplementaria cerca de la tarea visual para realizar un trabajo concreto. El ejemplo típico son las lámparas de escritorio. Se recurrirá a este método siempre que el nivel de iluminación requerido sea superior a 1 000 lux, haya obstáculos que tapen la luz proveniente del alumbrado general, cuando la iluminación no sea necesaria permanentemente o para personas con problemas visuales. Un aspecto que se debe cuidar cuando se emplea este método es que la relación entre las luminancias de la tarea visual y el fondo no sea muy elevada, pues en caso contrario se podría producir deslumbramiento.

Existen otros factores que deben ser considerados para la proyección de un buen sistema de alumbrado, entre los cuales cabe resaltar los siguientes:

a) Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimiento

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otro la depreciación del flujo emitido por las fuentes, que se ve reflejado en el factor de depreciación de la lámpara (LLD). La forma de determinar el LDD y el LLD se explicará posteriormente con mayor detalle.

En el primer caso la solución es una limpieza periódica de lámparas y luminarias; y en el segundo es establecer un programa de sustitución de las lámparas. Aunque generalmente se recurre a esperar a que fallen para cambiarlas, es recomendable hacer la sustitución por grupos o de toda la instalación a la vez, según un programa de mantenimiento. De esta manera se asegura que los niveles de iluminación real se mantengan dentro de los valores de diseño de la instalación.

b) Coeficiente de utilización

Al cociente entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo (flujo útil), y el flujo total emitido por las lámparas instaladas, es lo que se conoce como "Coeficiente de utilización". Este coeficiente depende de diversas variables tales como la eficacia de las luminarias; la reflectancia de las paredes, es decir, el grado en que el acabado de éstas refleja la luz incidente; y las dimensiones del local. La luminaria tiene una gran incidencia sobre el coeficiente de utilización. La reflexión de la luz sobre las paredes del local también juega un importante papel sobre el coeficiente de utilización. De la totalidad del flujo luminoso que incide sobre las paredes, una parte se refleja, mientras que otra es absorbida y anulada, dependiendo la proporción de una y otra, del color de las paredes.

c) Deslumbramiento

El deslumbramiento es una sensación molesta que se produce cuando la luminancia de un objeto es mucho mayor que la de su entorno. Es lo que ocurre cuando se mira directamente una fuente luminosa o cuando se observa el reflejo del sol en el agua. Puede producirse deslumbramiento de dos maneras. La primera es por observación directa de las fuentes de luz, y la segunda es por observación indirecta o reflejada de las fuentes.

Estas situaciones son muy molestas para los usuarios y deben evitarse. Entre las medidas que se pueden adoptar esta el ocultar las fuentes de luz del campo de visión usando rejillas o pantallas, utilizar recubrimientos o acabados mates en paredes, techos, suelos y muebles para evitar los reflejos, evitar fuertes contrastes de luminancias entre la tarea visual y el fondo y/o cuidar la posición de las luminarias respecto a los usuarios para que no caigan dentro de su campo de visión.

1.2 Alumbrado público

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noche; además de dar un aspecto atractivo a las vías urbanas y permitir el continuo desarrollo de las actividades.

La tendencia general es que los accidentes de circulación y los actos delictivos nocturnos disminuyen disponiendo de un buen alumbrado público. Así mismo, el desarrollo comercial y turístico depende mucho de la calidad de dicho alumbrado.

[image:15.612.103.516.235.515.2]

Los niveles mínimos requeridos para iluminación de vías públicas según la NOM-001-SEDE-2005 se muestran en la tabla siguiente. Estos requerimientos mínimos están referidos a niveles de iluminancia:

Tabla 2.Valores mínimos de iluminancia promedio [2]. Clasificación del

pavimento

UNIFORMIDAD DE ILUMINANCIA CLASIFICACIÓN

DE VIALIDADES

R1 R2y R3 R4 Eprom/Emin (lx)

ILUMINANCIA PROMEDIO MÍNIMA

EN ANDADORES

Autopistas y

carreteras 4 6 5 3 a 1 _

Vías de acceso controlado y vías

rápidas

10 14 13 3 a 1 _

Vías principales y

ejes viales 12 17 15 3 a 1 10

Vías primarias y

colectoras 8 12 10 4 a 1 _

Vías secundarias residenciales

Tipo A

6 9 8 6 a 1 _

Vías secundarias residenciales

Tipo B

5 7 6 6 a 1 10

Vía industrial

Tipo C 3 4 4 6 a 1 6

Andadores alejados

de vialidades _ _ _ _ 5

Túneles de

peatones _ _ _ _ 43

La iluminación de las vialidades y espacios públicos se consigue mediante luminarias ubicadas sobre postes o mástiles especiales, existiendo principalmente cuatro formas diferentes de colocación, las cuales son utilizadas para una determinada altura de montaje y ancho de vía.

a) Unilateral

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Figura 1. Disposición unilateral [3]. b) Tresbolillo

Consiste en la colocación de las luminarias en ambos lados de la vía, al tresbolillo o en zigzag (figura 2). Se emplea principalmente en aquellos casos en los que el ancho de la vía es de 1 a 1,5 veces la altura de montaje.

Figura 2.Disposición al tresbolillo [3]. c) En oposición

Esta disposición sitúa las luminarias una enfrente de la otra (figura 3). Suele utilizarse cuando el ancho de la vía es mayor de 1,5 veces la altura de montaje.

Figura 3. Disposición en oposición [3].

d) Central con doble brazo

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Figura 4. Disposición central con doble brazo [3].

Los parámetros principales para la colocación de la luminaria son mostrados en la figura 5, éstos son utilizados además para determinar las características fotométricas del alumbrado.

Figura 5.Terminología usada en el alumbrado público [4].

Los aspectos más importantes a tomar en cuenta en el diseño del sistema de alumbrado público son principalmente el nivel medio de iluminancia en el pavimento y la uniformidad de iluminación de la vía de tránsito. Los cálculos de iluminación exterior pueden desarrollarse usando una variedad de métodos los cuales varían ampliamente en complejidad y precisión. Los métodos típicamente empleados son:

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luminoso total de la lámpara. Éste es generalmente el método más simple y menos preciso para diseñar un sistema de alumbrado en exteriores y es útil para determinar un punto de partida para la utilización de métodos más complejos.

2.- Los diagramas isocandelas, que son representaciones pictográficas de la distribución de la luz en un plano horizontal debajo de la luminaria. Éstos son generalmente obtenidos a partir de la ley del inverso del cuadrado para determinar la iluminancia producida por una luminaria específica en varios puntos, en el diagrama isocandela se obtienen líneas con la misma intensidad luminosa. Son especialmente útiles para determinar la uniformidad de la iluminación.

3.- Por medio de puntos representativos que son calculados con ayuda de la ley del inverso del cuadrado, los cuales están dentro del área a ser iluminada.

4.- El método del flujo emitido. Éste es similar al tradicional método de flujo luminoso empleado para interiores, solo que un coeficiente de utilización de emisión sustituye al coeficiente de utilización y el promedio del flujo por metro cuadrado es calculado dentro del área a iluminar. Este método es el más utilizado y por tanto se analizará con más detenimiento.

El coeficiente de utilización de emisión (CBU) se determina por la ecuación siguiente: emitido noso lumi flujo del Total área el sobre incide que equipo del inoso lum Flujo

CBU = (1)

Los equipos instalados en el alumbrado público están sujetos a fenómenos que disminuyen la iluminancia brindada por los mismos, éstos son tomados en cuenta por el factor de mantenimiento (FM), el cual es determinado por el producto del factor de depreciación de la lámpara (LLD) y el factor de depreciación del luminaria (LDD). Como se dijo anteriormente, la depreciación de la lámpara se debe a la reducción del flujo luminoso emitido por ésta; mientras que la depreciación de la luminaria es ocasionada por la acumulación de suciedad en la misma. Ambos factores de depreciación son facilitados por el fabricante para cada equipo en específico.

LLD LDD

FM = × (2)

El promedio de iluminancia mantenida se puede determinar por medio de:

Area FM CBU emitido flujo unidades de

E = # × × × (3)

El número de equipos o unidades necesarias para brindar una iluminancia específica requerida (E) se puede obtener de la misma ecuación, como sigue:

(19)

El CBU (coeficiente de utilización de emisión) depende principalmente de la localización de la luminaria, el punto al que está dirigida y la distribución de la luz dentro del haz emitido por esta. La mayoría de las aplicaciones en alumbrado público tienen coeficientes de utilización de emisión de 0,40 a 0,60. Valores más bajos de 0,40 indica que la luminaria tiene un haz demasiado amplio para la aplicación y la mayor parte del flujo luminoso caerá fuera del área a iluminar. Valores mayores a 0,60 indican que el haz emitido es demasiado estrecho y la iluminación será concentrada excesivamente.

[image:19.612.155.447.268.510.2]

El coeficiente de utilización de emisión se determina por medio de las curvas de utilización e isolux de la luminaria, suministradas por el fabricante. Estas curvas ofrecen información del nivel de iluminación brindado por el equipo en relación a su altura de montaje y a la distancia del punto al cual está dirigido, generalmente llamado cenit de la luminaria. Una curva típica isolux y de utilización son mostradas en la figura 6.

Figura 6. Curvas isolux y de utilización típicas [5]

1.2.1 Equipo utilizado en el alumbrado público

Lámparas

Los tipos de lámparas pueden agruparse de forma general en:

1) Incandescentes. 2) Fluorescentes.

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[image:20.612.116.478.166.419.2]

De estos tres tipos de lámparas las de mayor uso en exteriores son las de descarga de alta intensidad. Un aspecto importante en la selección de la lámpara es la eficiencia lumínica, ésta puede definirse como la capacidad de la lámpara para transformar energía eléctrica en luz. En la figura 7 se muestra la eficiencia lumínica de lámparas estándar en función de su costo de operación unitario, para un mismo nivel de iluminación y tomando como referencia la lámpara de vapor de sodio de alta presión.

Figura 7.Eficiencia lumínica de diversos tipos de lámparas [6].

En la figura anterior se puede apreciar la gran diferencia de costos de operación para un mismo nivel de iluminación. Lo que abre la posibilidad de generar importantes ahorros haciendo la selección adecuada del tipo de lámpara a utilizar.

Otro aspecto importante en la selección del tipo de fuente luminosa es el rendimiento cromático de ésta, que se refiere a la capacidad de la lámpara para reproducir los colores, debido a que el espectro de emisión de todas las lámparas es de una forma no constante. Así mismo el tiempo de vida de las lámparas es un factor determinante en los costos del alumbrado. En la tabla 3 se muestra el tiempo de vida típico de los tipos más comunes de lámparas.

Tabla 3.Vida promedio de algunos tipos de lámparas. Tipo de lámpara Vida promedio [h] Fluorescente estándar 12500

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Luminarias

Existe una amplia variedad de luminarias cuya eficiencia varía notablemente, es necesario evaluar el nivel de iluminación y forma de distribuir la luz, ésta además tiene relación con la altura de montaje y la separación entre postes. En el cálculo de un sistema de alumbrado público la colocación de las luminarias se ve reflejada en el valor del CBU.

[image:21.612.145.474.292.509.2]

A medida que la relación entre la separación de las unidades y su altura de montaje es menor, la uniformidad de la iluminación es más elevada, consiguiéndose una mayor comodidad visual para los usuarios, pero esto lleva consigo un aumento en el costo de la instalación. De aquí, que en esta relación se busque un equilibrio de las necesidades cualitativas de la iluminación y el costo económico de obtenerlas. En la figura 8 se muestran los distintos tipos de luminarias.

Figura 8. Diferentes tipos de luminarias [6].

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Figura 9.Curvas de iluminación generadas por las luminarias [6].

Se deben tener presentes para la selección de la luminaria a utilizar, el ángulo de apertura del haz emitido, éste limita el espacio entre postes con relación a la altura de montaje de la luminaria. La altura de montaje además debe considerarse a fin de evitar el deslumbramiento molesto, sobre todo para luminarias sin difusor protector. En la tabla 4 se muestra la altura mínima recomendada para luminarias sin difusor.

Tabla 4. Altura de montaje mínima recomendada para luminarias sin difusor [4]. MERCURIO ADITIVOS METÁLICOS ALTA PRESIÓN DE SODIO Potencia [W] Altura [m] Potencia [W] Altura [m] Potencia [W] Altura [m]

- - - - 35 1,8

- - - - 50 2,1

- - - - 70 2,4

100 2,4 - - 100 3,6

175 3 175 4,9 150 5,5

250 4,6 250 6,1 250 7,6

400 7 400 7,6 400 9,1

1000 9,1 1000 10,7 1000 11,5

Control

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Costos

La carencia de medidores ocasiona que los consumos de energía eléctrica sólo se puedan estimar; con base a tal valoración se aplica la tarifa y se expide la facturación mensual. Al estimar los consumos, el suministrador utiliza los datos del censo de cargas incluyendo los balastros de las lámparas para aquellas que lo utilicen.

Las tarifas que se aplican para el cobro de suministro de energía eléctrica son las tarifas 5 y 5-A al servicio de alumbrado público. La tarifa 5 se aplica en zonas conurbanas del Distrito Federal, Monterrey y Guadalajara, la tarifa 5-A se aplica en el resto del país [7].

1.2.2 Normatividad aplicable al alumbrado público

El sistema de alumbrado, como servicio público es una actividad a cargo del municipio y como tal está sustentada en leyes, reglamentos, normas y disposiciones administrativas. Las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) que son de aplicación general, deben ser tomadas en cuenta para el diseño del sistema de alumbrado público. Entre las normas vinculadas a este servicio se encuentran las siguientes:

NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones eléctricas (utilización)

Esta norma establece las especificaciones técnicas que deben reunir las instalaciones destinadas al suministro y uso de la energía eléctrica, a fin de proporcionar condiciones adecuadas de uso y seguridad para las personas y equipos. Dentro del artículo 930 de la NOM-001-SEDE-2005, referida al alumbrado público se precisan:

- Las necesidades de calidad para diferentes tipos de vialidades, áreas de peatones y zonas abiertas.

- Los principales objetivos del servicio. - Los criterios de diseño y calidad.

- La clasificación de las vías públicas y de las áreas.

- La descripción de los materiales lumínicos, eléctricos y mecánicos. - La eficiencia mínima de los equipos.

Estas especificaciones tienen concordancia con la norma ANSI/IESNA RP-8-00 (Iluminating Engineering Society of North America´s American National Standard Institute) Prácticas de iluminación de vialidades, 2005.

Clasificación de las vialidades según la NOM-001-SEDE-2005.

El nivel de iluminancia o la luminancia requeridas en una vialidad, se debe seleccionar de acuerdo a la clasificación en cuanto a su uso y el tipo de zona en la cual se encuentra localizada.

(24)

importante de acceso a la ciudad. Generalmente tiene alto tránsito peatonal y vehicular nocturno y puede tener circulación vehicular en contra flujo. Típicamente no cuenta con pasos peatonales.

Vías colectoras o primarias. Son vialidades que sirven para conectar el tránsito entre las vías principales y las secundarias.

Vías secundarias. Vialidades usadas fundamentalmente para acceso directo a zonas residenciales, comerciales e industriales, se clasifican a su vez en:

Tipo A-Vía de tipo residencial con alto tránsito peatonal nocturno, tránsito vehicular de moderado a alto, y con moderada existencia de comercios.

Tipo B-Vía de tipo residencial con moderado tránsito peatonal nocturno, tránsito vehicular de bajo a moderado y con moderada existencia de comercios.

Tipo C-Vía de acceso industrial que se caracteriza por bajo tránsito peatonal nocturno, moderado tránsito vehicular y baja actividad comercial.

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

El objeto de esta norma consiste en establecer niveles de eficiencia energética con las que deben cumplir las instalaciones de alumbrado público o alumbrado exterior en las diferentes aplicaciones que allí se indican. Estos niveles se manejan en términos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado, está dada en W/m2y se determina por medio de la siguiente ecuación:

nada ilumi total Area

alumbrado para

conectada total

ga Car

DPEA= (5)

NOM-025-STPS-1999, Condiciones de iluminación en los centros de trabajo.

(25)

Capítulo 2

Ahorro de energía en iluminación

2.1 Adecuación de niveles de iluminación

El ajuste de los niveles de iluminación representa una buena medida para el ahorro de energía eléctrica en el alumbrado público. Para ajustar los niveles de iluminación es necesario hacer un estudio acerca de las condiciones actuales del sistema de alumbrado (tipos de luminarias, altura de montaje, lámparas utilizadas, mediciones fotométricas, tipo de postes y balastros) así como de las características de las vialidades que se iluminan a fin de determinar las necesidades de iluminación según la NOM-001-SEDE-2005.

El estudio de las características del sistema de alumbrado parte de la toma de muestras representativas en zonas de la localidad. Las mediciones fotométricas se refieren a la obtención de la iluminancia tomando como base nueve puntos dentro del área iluminada por un equipo, tal como se muestra en la figura 10.

Figura 10. Localización de los puntos para determinar la iluminancia promedio.

Con las iluminancias de los nueve puntos señalados, se calcula la iluminancia media por la ecuación:

(

2 4 6 8

)

(

1 3 7 9

)

5

promedio E E E E

16 1 E E E E 8 1 E 4 1

(26)

La uniformidad de la iluminancia se determina por:

mínima promedio

E E E de formidad

Uni = (7)

El valor resultante del nivel medio de iluminancia y la uniformidad de ésta debe apegarse a los requerimientos establecidos por la NOM-001-SEDE-2005, mostrados en la tabla 2 del capítulo anterior. Esto según aplique para el tipo de vialidad de la que se trate.

Los resultados obtenidos de las mediciones fotométricas brindan la posibilidad de modificar las características actuales del sistema de acuerdo a las necesidades reales de la vialidad para lograr su correcta iluminación. En caso de que el estudio muestre la necesidad de reducir la potencia eléctrica empleada para iluminar la zona se hace tomando como referencia los lineamientos establecidos en la NOM-001-SEDE-2005.

Los valores de DPEA (Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado) para vialidades (autopistas, carreteras, ciclopistas, vías rápidas, vías secundarias y vías primaras) no deben exceder los niveles establecidos mostrados en la tabla 5, de acuerdo a la NOM-013-ENER-2004. La determinación de la DPEA se calcula a partir de la carga total conectada para el alumbrado y el área total por iluminar, basándose en la ecuación número 5 anteriormente mencionada en el capítulo 1.

Tabla 5. Valores máximos de densidad de potencia eléctrica para alumbrado (DPEA) para vialidades (W/m2) [8].

Nivel de iluminancia lux

[lx]

Ancho de calle [m]

7,5 9,0 10,5 12,0

3 0.26 0,23 0,19 0,17

4 0,32 0,28 0,26 0,23

5 0,35 0,33 0,30 0,28

6 0,41 0,38 0,35 0,31

7 0,49 0,45 0,42 0,37

8 0,56 0,52 0,48 0,44

9 0,64 0,59 0,54 0,50

10 0,71 0,56 0,61 0,56

11 0,79 0,74 0,67 0,62

12 0,86 0,81 0,74 0,69

13 0,94 0,87 0,80 0,75

14 1,01 0,95 0,86 0,81

15 1,06 1,00 0,93 0,87

16 1,10 1,07 0,99 0,93

17 1,17 1,12 1,03 0,97

2.2 Equipos ahorradores

(27)
[image:27.612.102.519.182.444.2]

reproducción de color de la lámpara es un aspecto importante; esto no ocurre cuando se ilumina una vialidad, la reproducción del color no importa demasiado, pero el cuidado que se debe tener para evitar el deslumbramiento y el efecto estroboscópico es vital, además de que deben emplearse lámparas con reencendido casi instantáneo para evitar que el servicio se interrumpa cuando existe un corte pequeño de energía eléctrica. En la tabla 6 se muestran las principales características de los tipos más comunes de lámparas.

Tabla 6. Características típicas de diferentes tipos de lámparas. Tipo de

lámpara Iluminación (lm) Potencia (W) Eficiencia (lm/W) media Vida (h)

Tiempo de

encendido Aplicaciones

Incandescente 1.200 100 12 1.000 Instantáneas Interiores Incandescente 20.000 1.000 20 2.000 Instantáneas Interiores Halógenas 50.000 2.000 25 4.000 Instantáneas Interiores Inducción 6.000 85 70 60.000 Instantáneas Interiores Fluorescente 4.500 70 64 12.500 Prácticamente

instantáneas Domésticas, oficinas Fluorescente

alta frecuencia 5.000 62 80 13.500 Prácticamente instantáneas Domésticas, oficinas Fluorescente

compacto 1.200 28 43 8.000 Prácticamente instantáneas Interiores Vapor de

mercurio 25.000 400 62 25.000 3-5 minutos Grandes espacios interiores Haluro

metálico

160.000 2000 80 11.000 2-4 minutos Alumbrado público Sodio baja

presión 30.000 210 143 23.000 5-9 minutos Autopistas, parkings y exteriores Sodio alta

presión 25.000 250 100 23.000 3-5 minutos Parques y jardines

La sustitución de equipos obsoletos constituye un aspecto fundamental en el ahorro de energía eléctrica en las instalaciones de alumbrado, el uso de una lámpara más eficiente en términos de flujo luminoso emitido por potencia eléctrica consumida es una de las alternativas más empleadas. Esto debe hacerse tomando en cuenta el costo de reposición y duración de la misma, así como el cumplimiento de las necesidades de iluminación. Otros componentes de la luminaria como el balastro, el reflector y difusor también son determinantes para la eficiencia del equipo.

(28)

Las lámparas de inducción de nueva generación representan una opción a contemplar para alumbrado público, sobre todo por el enorme periodo de vida, respecto a las lámparas de descarga de alta intensidad. Son lámparas de vapor de mercurio a baja presión. En ellas, una bobina inductora alimentada por un circuito electrónico genera un campo de alta frecuencia que excita a los átomos de mercurio, produciendo una radiación ultravioleta que se transforma en visible gracias al recubrimiento fluorescente del interior de la bombilla.

Se caracterizan por una larga vida útil (60 000 horas), esto es 7 años usándolas 24 h/día. En comparación, su duración es unas cinco veces mayor que las de vapor de sodio gracias a la carencia de electrodos internos que se desgasten. Proporcionan una luz blanca, con un elevado índice de reproducción cromática, aunque en eficiencia energética se encuentra al mismo nivel que la lámpara de vapor de sodio de alta presión y cuentan con la ventaja de tener encendido instantáneo.

En cuanto a los balastros, se deben promover los de bajas pérdidas de alta eficiencia (las pérdidas se reducen del 25% al 16% respecto a los normales) y ya existen algunos de tipo electrónico cuyas pérdidas son del orden del 8% al 10%. Estos además tienen una vida útil más larga y proporcionan una alimentación suave a la lámpara reduciendo así los daños prematuros por picos de tensión y tensiones de alimentación más bajas de lo recomendado.

2.3 Otros dispositivos

Alrededor de un 70% del consumo energético de los ayuntamientos corresponde al alumbrado público. Este sector presenta, sin embargo, un alto potencial de ahorro mediante la utilización de elementos y tecnologías más eficientes, y sistemas de control y gestión adecuados. En este punto se tratarán todos los distintos equipos de nueva generación empleados para la obtención de un ahorro considerable en el alumbrado público.

1) Estabilizadores de flujo luminoso

Los estabilizadores de flujo luminoso están previstos para arrancar, estabilizar y reducir el consumo de potencia de una instalación de lámparas de descarga de alta intensidad preparadas para trabajar en una red trifásica. Es un equipo electrónico totalmente estático compuesto de tres módulos monofásicos de regulación independientes entre sí, cada módulo controla su fase correspondiente sin afectar en nada a las fases adyacentes, el único punto común a los 3 módulos es el neutro y es imprescindible que esté conectado al transformador de distribución a través de las protecciones adecuadas.

El equipo esta conformado por un conjunto de tres módulos monofásicos idénticos. Su estructura está formada por un bastidor, autotransformador de tomas múltiples por fase, unidad electrónica con microprocesador por fase, así como las protecciones correspondientes.

(29)

una correcta tensión de alimentación a las lámparas, siempre y cuando la tensión de entrada este dentro de los valores prefijados.

Otra principal función, es la posibilidad de reducir de manera controlada, suave y estabilizada, la tensión de alimentación, con lo que se obtienen flujos luminosos menores y adaptados a cada una de las necesidades. Para lámparas de vapor de sodio se recomienda una reducción de la tensión de máximo 75%, para evitar daños prematuros a ésta, mientras que para las lámparas incandescentes se puede reducir en cualquier porcentaje el nivel de tensión.

2) Equipamiento solar para alumbrado público

El sistema de iluminación fotovoltaico, todo contenido en las carcasas de sujeción de las lámparas, incluye un interruptor de paro con microcontrolador para baterías abiertas de 12V y un balasto electrónico para controlar directamente a lámparas de baja presión.

La activación de la lámpara se produce por sensor de luz (panel solar) y la desactivación programable con un reloj interruptor. La carga de la batería está controlada por temperatura; la carga es automáticamente activada en caso de batería baja.

3) Postes solares para alumbrado público

Es un poste del tipo utilizado para alumbrado público, que capta la energía directamente del sol (aunque esté nublado), y la entrega a la luminaria encendiéndola durante la noche. El equipo es apto para todos aquellos lugares donde se necesite iluminar exteriormente. Cada conjunto se compone básicamente de los siguientes elementos:

• Panel solar fotovoltaico • Control de carga inteligente • Batería, 12 V sellada

• Luminaria pública LED alto rendimiento • Poste metálico

• Encendido y apagado automático (efecto crepuscular)

• Opcional, programación para encendido un tiempo después del crepúsculo y apagado un tiempo antes del amanecer.

4) Los interruptores astronómicos

(30)

Si no se conocen las coordenadas del punto geográfico, puede seleccionarse la posición de una lista pre-programada de ciudades. Esto acorta la puesta en servicio. Para mayor ahorro de energía, puede programarse un apagado nocturno durante unas horas. Con esto puede ahorrarse de un 35% a un 70% de energía, por lo que el costo del interruptor astronómico se amortiza rápidamente.

2.4 Medidas generales de ahorro energético en iluminación pública

El ahorro de energía en el alumbrado público puede tener mayor relevancia si a las técnicas antes mencionadas se les suma la implementación de ciertas técnicas como las que se mencionan a continuación:

1) Evitar la emisión de luz directa hacia el cielo, para reducir así la contaminación lumínica y aprovechar al máximo el flujo emitido por la lámpara:

• Usar luminarias con reflector y cierres transparentes, preferentemente de vidrio plano o semicurvo. Evitar una inclinación excesiva.

• Procurar usar proyectores asimétricos, con asimetrías adecuadas, o simétricos con rejillas antideslumbrantes o deflectores.

• Evitar apuntamientos (dirección de la intensidad máxima) de proyectores de forma que se evite el deslumbramiento a los usuarios. Esto además ayuda a evitar la contaminación lumínica del medio debido a que se aprovecha en mayor grado el flujo luminoso brindado por la luminaria.

2) Evitar los excesos de iluminación y luminancia de forma que su distribución fotométrica se adapte eficazmente a la instalación.

• Estudiar la reducción de los niveles de iluminación o incluso el apagado de la instalación a partir de ciertas horas de la noche si la actividad o premisa que indujo su instalación cambiase de requisitos luminotécnicos (reducción de la intensidad de tráfico, alumbrado de edificios y monumentos, carteles luminosos, etc.).

• No justificar excesos de iluminación en nuevas instalaciones porque las existentes vecinas fueron proyectadas con excesos.

• No proyectar con exagerados niveles de iluminación en zonas socialmente conflictivas. Hay estudios que indican que los excesos de iluminación y especialmente el deslumbramiento incrementan el vandalismo.

3) Procurar el uso de lámparas de alta eficiencia energética.

• Cuando el rendimiento cromático referido para una instalación no sea un objetivo primordial, utilizar como primer objetivo equipos cuyo conjunto lámpara-luminaria ofrecen la iluminación más eficiente en W/m2/lux

(31)

“lux”=nivel medio de iluminación en dicha superficie), sin olvidar el costo de la reposición y duración de las lámparas.

Los beneficios de seguir ciertas recomendaciones para conseguir un ahorro de energía más significativo en el sistema de alumbrado público se muestran en la tabla 7. Esto nos da un panorama más amplio de las medidas que se utilizan más frecuentemente.

Tabla 7.Características-beneficio para las medidas de ahorro energético [9].

Características del sistema de alumbrado Beneficios obtenidos

El correcto espaciamiento entre los postes y altura de colocación

• Proporciona una distribución de luz uniforme, lo cual mejora la apariencia y seguridad del lugar.

• Ayuda a cumplir con los niveles recomendados de iluminación.

• Minimiza el número de postes, reduce los consumos de energía y costos en el mantenimiento.

Usar lámparas y luminarias con una elevada

eficiencia. • Reduce los costos del consumo energético.

Buen rendimiento de color. • Ayuda a que los objetos se aprecien de una manera natural y placentera para los usuarios.

Mayor vida útil en las lámparas. • Reduce los costos por el remplazo de las lámparas.

Menor factor de depreciación de la lámpara. • Reduce costos por la sustitución en tiempos no necesarios o inesperados.

Lámparas con corto tiempo de reencendido. • Permite que después de una interrupción de energía la lámpara encienda en menos tiempo.

Adecuada distribución fotométrica. • Brinda al peatón el nivel adecuado de iluminación en la vialidad sin perder el confort.

(32)

Capítulo 3

Estado actual del sistema de alumbrado en el

poblado

3.1 Ubicación del caso de estudio

San Agustín Ohtenco (“A la orilla del camino") es uno de los doce poblados que conforman la delegación de Milpa Alta, se encuentra localizado al norte de la misma, a las laderas del volcán Teutli. Ocupa una extensión de 11,16 hectáreas siendo con esto el segundo poblado más pequeño de la delegación.

[image:32.612.111.528.480.696.2]

Milpa Alta presenta un rezago en urbanización con respecto al resto del Distrito Federal. Para comunicarse con el núcleo de la Zona Metropolitana de la ciudad de México, la delegación cuenta con dos únicas vías. La más transitada de ellas por ser la más corta, es la carretera que conduce de Xochimilco al territorio de Milpa Alta por Cuauhtenco. De ahí sigue hacia el oriente, y con diversas ramificaciones llega a Oztotepec, Atocpan, y finalmente a Villa Milpa Alta. La otra posibilidad es acceder por el pie del valle de Milpa Alta, por la carretera que saliendo de Tláhuac llega a San Antonio Tecomitl. En esta población, la carretera se bifurca y sigue hacia el oriente a Míxquic y hacia el suroeste con rumbo a Tecoxpa y la cabecera delegacional. En la figura 11 se muestra la ubicación de San Agustín ohtenco respecto a otras poblaciones.

(33)
[image:33.612.75.549.170.544.2]

Las vías de comunicación principales con que cuenta San Agustín Ohtenco son las Avenidas Niños Héroes y Mariano Matamoros, y sólo una pequeña cantidad de vías secundarias, siendo dominante la existencia de callejones. En cuanto a infraestructura, el Jardín de niños y la escuela primaria son parte del equipamiento urbano básico que tiene este poblado, complementándose con una biblioteca, lechería móvil, la plaza, el atrio y la oficina delegacional. En la figura 12 se muestra un mapa de las vías de comunicación dentro del poblado.

Figura 12. Vías de comunicación de San Agustín Ohtenco [10].

A pesar de ser la delegación menos poblada del Distrito Federal, la tasa de crecimiento ha sido la más elevada por lo menos desde hace dos décadas. Mientras que la población del Distrito Federal ha crecido menos de 1,5% anual, en Milpa Alta el ritmo de crecimiento supera el 3% y 4% en los períodos 1995-2000 y 1995-2000-2005.

(34)

3.2 Cuantificación del tipo y número de luminarias instaladas

El sistema de alumbrado público de San Agustín Ohtenco es administrado por el Departamento de Alumbrado Público perteneciente a la Dirección General de Servicios Urbanos de la delegación de Milpa Alta. Este departamento tiene a su cargo la administración, proyecto y mantenimiento del alumbrado público dentro de toda la delegación.

El alumbrado público en el poblado está conformado por luminarias del tipo urbano, como se muestra en la figura 13a. Estas utilizan una lámpara de vapor de sodio alta presión de 150 W y están montadas en postes de concreto utilizados para la distribución de energía eléctrica, esto para las luminarias instaladas en las vías principales. Mientras que para el alumbrado del parque y la iglesia se utilizan luminarias tipo farol, como las mostradas en la figura 13b, con lámparas de vapor de mercurio de 175 W. Así mismo para algunos callejones se encuentran instaladas luminarias del tipo suburbano (figura 13c) en postes metálicos, con lámparas de vapor de sodio de 100 W. Todas cuentan con balastros electromagnéticos con pérdidas nominales de 25% y se alimentan a una tensión de 220 V.

Figura 13. Luminarias del tipo urbano (a), tipo farol (b) y tipo suburbano (c). Se tienen instaladas un total de 287 luminarias en el poblado, lo que representa el 2,87% del total instalado en la delegación de Milpa Alta. En la tabla 8 se muestra la relación de existencia de luminarias por cada poblado de la delegación, según el conteo del Departamento de Alumbrado Público.

Tabla 8. Existencia de luminarias por poblado [11].

POBLADO LUMINARIOS

Villa Milpa Alta 2015 San Antonio Tecomitl 1801 San Fco. Tecoxpa 518 San Agustín Ohtenco 287 San Jerónimo Miacatlan 473 San Juan Tepenahuac 338 Santa Ana Tlacotenco 848 San Lorenzo Tlacoyucan 645 San Pedro Atocpan 979 San Pablo Oztotepec 955 San Salvador Cuauhtenco 706 San Bartolomé Xicomulco 405

(35)

En la figura 14 se muestra la ubicación de las luminarias para el poblado de Ohtenco, así como el tipo de poste y tipo de luminaria utilizados.

LA PRADERA

SAN AGUSTÍN OHTENCO

NIÑOS HEROES

BARRANCA

AV. GUANAJUATO OTE. JOSE MA. MORELOS

GRANADITAS

AV. MARIANO MA

TAMOROS C J O N . AURORA CDA. NIÑOS H

EROES

ORIZABA

CAMPECHE AV. MARIANO MATAMOROS 2 do. CJON.

1er. CJON. CJON. AV. NUEVO LEON

1er. CJON.

CJON.

CDA. NUEVO LEON

CORDOBA OTE.

TORREON

CJON

.

LAS FLOR ES

18 DE MARZO TECOXPA PRO L.

CDA. TECOXPA

CJON.

COMER CIO

CJON . HIDALGO

AV. BENITO

JUAREZ

CDA.. TEC OXPA

O RIZABA

SIMBOLOGÍA

EXISTENTE (ABIERTA)

INFRAESTRUCTURA NO RECONOCIDA BLINDADO

2004 2002 2001

[image:35.612.72.569.112.587.2]

LIMITE DE CASCO

Figura 14. Ubicación de luminarias [11].

(36)

la figura 15 se muestra una visión satelital del poblado, donde se pueden apreciar las zonas de cultivo.

a)

[image:36.612.174.438.95.542.2]

b)

Figura 15. Visión satelital de Ohtenco [12]

La Av. Nuevo León aparece sin luminarias instaladas en la figura 14, esta avenida comunica a San Agustín Ohtenco con la Villa de Milpa Alta y con San Antonio Tecomitl. El alumbrado público en esta avenida no se considera perteneciente al poblado de Ohtenco y por esta causa no se contempla dentro del conteo de cargas instaladas.

3.3 Niveles de iluminación brindados por el sistema actual

(37)

miden se encuentran en el intervalo de 5 lux a 30 lux, con lo que si se emplea un instrumento de baja precisión, adecuado para realizar mediciones de niveles de iluminación para interiores, los resultados obtenidos estarán fuera de la realidad.

Tabla 9. Características del lumímetro utilizado [13].

Marca Lutron Modelo LX-103 Precisión ±(5% + 2d) Resolución 1 lx

Rango utilizado 0 lx a 1999 lx

El método utilizado para determinar el nivel de iluminación es el método de los nueve puntos expuesto en el capítulo 2, se realizaron seis mediciones en zonas representativas para evaluar el alumbrado público en diferentes lugares del poblado. Se realizaron dos mediciones en la Av. Niños Héroes, las cuales arrojaron los siguientes resultados:

Tabla 10. Mediciones realizadas en la Av. Niños Héroes. L1 Niños Héroes

Altura de montaje 8m Espaciamiento 35m

Ancho de vía 8m

Brazo 1,5m

Punto

1 2 3 4 5 6 7 8 9

E medida [lux] 3 5 1 1 1 1 1 0 0

E media[lux] 1,4375

Uniformidad de iluminancia 1,4375

DPEA [W/m2] 0,5357

Tabla 11. Mediciones realizadas en la Av. Niños Héroes.

L2 Niños Héroes Altura de montaje 8m

Espaciamiento 35m

Ancho de vía 8m

Brazo 1,5m

Punto

1 2 3 4 5 6 7 8 9

E medida [lux] 21 32 10 5 6 8 1 1 0

E media[lux] 9,25

Uniformidad de iluminancia 9,25

DPEA [W/m2] 0,5357

(38)

NOM-001-SEDE-2005 para los niveles de iluminación mínimos y para la uniformidad de iluminancia si se considera al pavimento como de clase R2.

Tabla 1. Mediciones realizadas en Av. Matamoros. L3 Matamoros

Altura de montaje 8m Espaciamiento 35m

Ancho de vía 6m

Brazo 1,5m

Punto

1 2 3 4 5 6 7 8 9

E medida [lux] 13 11 4 0 8 4 0 0 0

E media[lux] 4,9375

Uniformidad de iluminancia 4,9375

DPEA [W/m2] 0,7142

También se realizaron tres mediciones en diferentes vías secundarias, aledañas a la Av. Niños Héroes, los resultados se muestran a continuación.

Tabla 13. Mediciones realizadas en vías secundarias. L1 Puebla

Altura de montaje 6m Espaciamiento 20m

Ancho de vía 6m

Brazo 1,5m

Punto

1 2 3 4 5 6 7 8 9

E medida [lux] 35 43 29 11 17 19 1 2 1

E media[lux] 17,75

Uniformidad de iluminancia 17,75

DPEA [W/m2] 1,25

Tabla 14. Mediciones realizadas en vías secundarias. L2 Barranca

Altura de montaje 10m Espaciamiento 35m

Ancho de vía 6m

Brazo 1,5m

Punto

1 2 3 4 5 6 7 8 9

E medida [lux] 8 13 9 7 9 9 1 2 2

E media[lux] 7,375

Uniformidad de iluminancia 7,375

DPEA [W/m2] 0,7142

(39)

de las luminarias por árboles, lo que ocasiona un decremento en el flujo luminoso utilizado ocasionando la aparición de zonas de penumbra, además de un exceso de potencia utilizada para la iluminación de callejones y vías secundarias, así como alturas de montaje y brazos mal dimensionados.

Por ultimo, se tomo una medición en la plaza central donde las lámparas utilizadas son de vapor de mercurio, lo que da un tono más agradable y una mejor percepción de los colores. La medición arrojo un promedio de 6 lx, este promedio se obtuvo igualmente por medio del método de los nueve puntos.

3.4 Percepción del servicio por los habitantes

Al ser el caso de estudio una zona urbana marginal, necesita un sistema de iluminación específico el cual se determinará, dependiendo el estado en el que se encuentre el sistema de alumbrado público en la zona, así como la forma en que se percibe por los habitantes para el bienestar de los mismos. Cada persona tiene actividades diferentes a lo largo del día ya que es una zona con funciones distintas a las de una comunidad situada en medio de la ciudad de México, así mismo perciben de diferente manera el estado actual del sistema ya que se tienen que cubrir las distintas necesidades a realizar por cada uno de ellos. Se ha llevado a cabo una encuesta (véase en anexo A) para saber como se encuentra el alumbrado público, según los pobladores y que impacto tiene sobre los distintos grupos en la comunidad.

Se entrevistaron a 200 personas mayores de edad, de las cuales 135 fueron mujeres y 65 hombres, todos ellos interesados en la mejora del alumbrado público en su comunidad con fines de seguridad y bienestar personal, ya que los pobladores se preocupan por la existencia de zonas de riesgo en la comunidad. Como muestran los resultados de la encuesta en la siguiente figura. Considerando una antigüedad de un año como mínimo viviendo en la comunidad.

Personas Encuestadas: 200

Mujeres 67%

Hombres 33%

Hombres

Mujeres

(40)

Se pretende conocer la percepción de los habitantes y usuarios del sistema de alumbrado, los cuales en base a la intensidad y continuidad del servicio pueden distinguir la calidad del mismo como se muestra en la siguiente figura. Siendo el problema más notado por las personas la poca claridad en las calles y callejones.

Percepcion para la calle en particular

Malo 32%

Muy malo 8%

Regular 42% Bueno

18% Muy Bueno

0% Muy Bueno

Bueno

Regular

Malo

Muy malo

Figura 17. Percepción de la calle en que vive cada persona.

De entre las actividades a realizar que entran en el horario de alumbrado público destacan el transportarse a las escuelas y zonas de trabajo dentro de la comunidad, así como transportarse fuera de ella, tanto a pie como en transporte público o particular. La importancia que los habitantes le dan al alumbrado de las vías primarias es menor a la que prestan a la iluminación de calles y callejones.

Percepcion del Alumbrado en la comunidad

Regular 33% Malo

28%

Muy malo

11% Bueno

28% Muy Bueno

0%

Muy Bueno Bueno Regular Malo Muy malo

Figura 18.Percepción del alumbrado en la comunidad.

(41)

Comparacion con otras comunidades

Peor 14%

Igual 82%

Mejor 4%

Peor Igual Mejor

Figura 19. Percepción en comparación con otras comunidades.

Las zonas más afectadas se detectaron según la importancia que le dieron los encuestados y al uso que se le dan a las vías e instalaciones. Se puede apreciar que los callejones tienen una iluminación más deficiente para los habitantes.

Zonas Afectadas

Callejones 39%

Calles 24% Av. Principal

26%

Parque 11%

[image:41.612.120.493.59.243.2]

Callejones Calles Av. Principal Parque

Figura 20. Zonas más afectadas en el sistema de alumbrado público.

(42)

Impacto en la poblacion

Pandillerismo 21% Accidentes viales

15%

Imagen 13%

Inseguridad 51%

[image:42.612.117.496.58.268.2]

Inseguridad Pandillerismo Accidentes viales Imagen

Figura 21. Impacto en la población de un mal sistema de alumbrado público.

Las personas consideran zona de riesgo las calles y callejones oscuros ya que en los traslados de mañana y de noche, resultan más riesgosos para las personas que lo hacen a pie, en particular las mujeres, que son más vulnerables en las zonas menos iluminadas, en tanto que a los hombres les preocupa más la zona de la avenida principal, ya que al ser una avenida de doble sentido se favorece el riesgo de accidentes viales.

La comunidad entrevistada en su totalidad considera que el alumbrado público en buen estado es indispensable para el bienestar de todos los habitantes, teniendo la confianza de trasladarse por las calles o avenidas libremente y hacer uso de los parques y plazas evitando accidentes o atentados provocados por la falta de visibilidad en éstas. El 98 % de las personas desconoce el número para quejas y sugerencias con respecto al alumbrado público con el que cuenta la subdelegación del poblado.

3.5 Costo actual del servicio

La facturación del servicio se hace con respecto a la tarifa de Luz y Fuerza del Centro, por pertenecer al Distrito Federal. Dado que no se cuenta con equipo de medición, el cobro por el consumo se hace con base al conteo de las cargas instaladas.

Como ya se dijo anteriormente, se tienen 287 luminarias de las cuales 156 son de vapor de sodio alta presión de 150 W, 15 son de vapor de mercurio de 175 W y 116 son de vapor de mercurio alta presión de 100 W. Considerando además que las lámparas utilizan un balastro electromagnético del tipo convencional con pérdidas de 25% [11].

(43)

1000 ) 25 , 1 )( 100 116 ( ) 25 , 1 )( 175 15 ( ) 25 , 1 )( 150 156 ( × + × + × = T C kW CT=47,0312

Para determinar el tiempo de operación, Luz y Fuerza del Centro considera para alumbrado público un tiempo de 4 047 horas de operación durante un año. Con lo que el tiempo de operación mensual es:

mes horas Toperación 337,25 /

12 4047

= =

El consumo de energía se determina entonces como sigue:

mes kWh mes

h kW

Consumo=47,0312 ×337,25 / =15861,2722 /

El monto de la facturación se calcula con base a la tarifa 5 para alumbrado público en baja tensión, aplicable al Distrito Federal, la cual para el mes de Septiembre de 2008 marca un costo de $2,324 por kWh suministrado en baja tensión, además se debe considerar el 15% de IVA [7].

mes kWh

mes kWh n

Facturació =15861,2722 / ×2,324$/ ×1,15=42390,83$/

El análisis del estado actual del sistema que se desarrolló en primera instancia realizando la encuesta que permitió seleccionar de manera más precisa las calles y avenidas donde se llevarían a cabo las mediciones. Esta determinación se dio por la expresión de la inconformidad de la gente con la iluminación con que cuentan dichas vialidades.

Realizando las mediciones y comparándolas con los parámetros establecidos por norma se determinó que las vías primarias no cumplen con el valor mínimo requerido de iluminación establecido en la NOM-001-SEDE-2005 además de que en la mayoría de los casos el DPEA supera al máximo permitido por la NOM-013-ENER-2004. Estos resultados se ven afectados por el mal estado de las luminarias, además de que las vialidades cuentan con un gran número de árboles que impiden la correcta difusión de la luz reduciendo en gran medida el flujo luminoso utilizado, para resolver este problema se sugiere la poda regular de estos árboles en las partes que interfieran directamente con el haz de emisión de la luminaria.

(44)

Capítulo 4

Propuesta para el ahorro de energía

4.1 Selección de los equipos a utilizar y ajuste de niveles de iluminación

Para lograr un decremento en el consumo de energía eléctrica se plantea el uso de lámparas, balastros y reflectores más eficientes. Sin embargo, estos equipos deben ser elegidos tomando en cuenta una inversión de poco impacto, ya que como se dijo anteriormente, un poblado de las características de San Agustín Ohtenco cuenta con un capital limitado para invertir en obras públicas.

Las lámparas que se tienen instaladas actualmente, como se expone en el capítulo 3, son lámparas de vapor de mercurio para el parque y la iglesia y lámparas de vapor de sodio de alta presión para las vialidades. Estas lámparas son de tecnología convencional y presentan una eficiencia luminosa baja.

Actualmente existen tecnologías innovadoras para alumbrado público, tales como lámparas de inducción y de tipo LED, sin embargo estas tecnologías representan un costo de inversión demasiado alto por lo que la implementación de estos equipos sale del alcance de este trabajo. Por esto se propone el uso de lámparas de aditivos metálicos y de vapor de sodio de alta presión además de luminarias con una mayor eficiencia comparada con las instaladas. Esto con el fin de ajustar los niveles de iluminación brindados a los requeridos por norma, ajustando además la potencia de cada punto de luz para reducir así el consumo de energía eléctrica y por ende la facturación del servicio.

Vías primarias

En el poblado de Ohtenco se tiene dos vías primarias (Av. Niños Héroes y Mariano Matamoros) con características similares, en las cuales se encuentran instaladas lámparas de 150 W de vapor de sodio alta presión como se ha mencionado anteriormente. Este equipo no brinda los niveles mínimos requeridos por norma, mismos que pueden ser ajustados con la sustitución por lámparas de 100 W de vapor de sodio alta presión de eficiencia más elevada, así como luminarias con una emisión más eficiente, equipadas con balastros de bajas pérdidas.

Figure

Tabla 1. Niveles de iluminación recomendados para usos generales [1].
Tabla 2. Valores mínimos de iluminancia promedio [2].
Figura 6. Curvas isolux y de utilización típicas [5]
Figura 7. Eficiencia lumínica de diversos tipos de lámparas [6].
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Referencias

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