Estudio para la mejora y eficiencia del alumbrado público en la ciudad de Santa Clara

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(2) Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. Trabajo de diploma Estudio para la mejora y eficiencia del alumbrado público en la ciudad de Santa Clara. Autor: Leonardo Pacheco González. [email protected]. Tutor: Ing. Ramón Bernal Rodríguez. [email protected]. Consultante: Ing. Juan Ramón Ferrer Méndez. [email protected]. Santa Clara 2012 “AÑO 54 DE LA REVOLUCIÓN.”.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Eléctrica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. En la tierra hacen falta personas que trabajen más y critiquen menos, que construyan más y destruyan menos, que prometan menos y resuelvan más, que esperen recibir menos y den más, que digan mejor ahora que mañana. Ché.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico este trabajo en especial a mi hijo Leonard, a toda mi familia y mis compañeros de trabajo que tanto me han apoyado..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Agradezco a todas las personas que me rodean que de una forma u otra me han apoyado a todo lo largo de mi carrera..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Para alcanzar los objetivos propuestos se deben desarrollar los siguientes aspectos de la Tarea Técnica: . Proponer que para nuestra situación económica es más factible usar el alumbrado a través de circuitos alimentados con transformador exclusivo o a partir de los bancos trifásicos y con un revelador dominado por un control de tiempo programado.. . Demostrar la factibilidad del Esec2.0 en el estudio de los circuitos de alumbrado público.. . Proponer usar un relé de tiempo que controle que a partir de medianoche apague parte del alumbrado en los circuitos de la Circunvalación después de haber calculado los niveles de iluminación admisibles con el objetivo de ahorrar energía.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El presente Trabajo de Diploma fue realizado en la Organización Básica Eléctrica (OBE) de Villa Clara. El mismo consiste en hacer algunas propuestas para mejorar el alumbrado público de Santa Clara y hacerlo más eficiente, por el mal estado existente en la OBE, para lo cual fue preciso hacer un levantamiento del hilo de alumbrado existente en la ciudad, donde se recopilaron los datos imprescindibles para llevar a cabo un estudio detallado de los circuitos a proponer. Con la ayuda del Esec2.0 se analizaron los circuitos, teniendo en cuenta las pérdidas de potencia y la caída de tensión existentes en cada uno de ellos. También se propuso una variante de disminución de la iluminación en el área de la Circunvalación apagando parte de las luminarias a partir de la media noche debido a que en esos horarios disminuyen tanto el tráfico de automóviles como el peatonal, con el objetivo del ahorro de la energía eléctrica. Estas propuestas antes mencionadas fueron elaboradas con la finalidad de que el sistema de alumbrado de la ciudad ganara en calidad y eficiencia mejorando para la OBE la opinión que tiene el pueblo acerca del alumbrado público de Santa Clara..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. 1.1. Conceptos generales de iluminación. ....................................................................... 3. 1.1.1 1.2. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. ........................... 3. Terminología. .................................................................................................... 5. Tipos de lámparas. ................................................................................................... 6. 1.2.1. Lámparas Incandescentes . ............................................................................... 7. 1.2.2. Lámparas Fluorescentes. ................................................................................... 7. 1.2.3. Lámparas de Alta Intensidad de Descarga. ....................................................... 8. 1.2.4. Lámparas de Luz Mixta. ................................................................................. 11. 1.2.5. Lámparas de LEDs.......................................................................................... 12. 1.2.6. Comparación de las lámparas LEDs con otras tecnologías. ........................... 14. 1.3. Luminarias.............................................................................................................. 14. 1.3.1. Características fotométricas u ópticas............................................................. 14.

(10) vii 1.3.2. Características mecánicas y eléctricas. ........................................................... 14. 1.3.3. Características estéticas. ................................................................................. 15. 1.4. Tipos de Controles del Alumbrado Público. .......................................................... 15. 1.4.1. Fotorresistencia. .............................................................................................. 15. 1.4.2. Relevador electromecánico. ............................................................................ 15. 1.4.3. Interruptor manual. ......................................................................................... 16. 1.4.4. Controles en Cascada ...................................................................................... 16. 1.4.5. Controles de tiempo programado. ................................................................... 16. 1.5. Voltaje de Alimentación. ....................................................................................... 16. 1.5.1. Caídas de voltaje en las lámparas de descarga de alta intensidad. ................. 17. 1.5.2. Variaciones de voltaje por primario................................................................ 17. 1.6. Efecto del mantenimiento en la eficiencia y en la efectividad. .............................. 18. 1.7. Detección de fallas. ................................................................................................ 19. CAPÍTULO 2.. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS. CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO. ..................................................................... 20 2.1. Características del alumbrado público en la ciudad de Santa Clara....................... 21. 2.2. Situación o estado actual. ....................................................................................... 21. 2.3. Problemas del alumbrado público. ......................................................................... 22. 2.4. Recorrido del campo de estudio. ............................................................................ 22. 2.5. Programa para el cálculo de los parámetros más importantes. .............................. 22. 2.5.1 2.6. Análisis del flujo de carga de los circuitos. .................................................... 23. Propuestas para disminuir las pérdidas de energía del alumbrado público. ........... 24. 2.6.1. Variante 1. ....................................................................................................... 24. 2.6.2. Variante 2. ....................................................................................................... 28. 2.6.3. Variante 3. ....................................................................................................... 33.

(11) viii CAPÍTULO 3.. RESULTADOS. DEL. ESTUIO. DE. LOS. CIRCUITOS. DE. ALUMBRADO PÚBLICO................................................................................................... 38 3..1. Resultados Variante 1 ............................................................................................ 38. 3..2. Resultados Variante 2. ........................................................................................... 43. 3..3. Resultados Variante 3. ........................................................................................... 47. 3..4. Conclusiones .......................................................................................................... 51. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 52 RECOMENDACIONES....................................................................................................... 53 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 54 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 56 ANEXOS .............................................................................................................................. 58 Anexo I: Regulaciones técnicas organizativas para hacer más eficiente y confiable el funcionamiento del alumbrado público en el país. ........................................................... 58 Anexo II: Plegable de luminarias...................................................................................... 63.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. El alumbrado público es un factor muy importante en el desarrollo de la vida nocturna de la ciudad y en el buen aprovechamiento de los centros comerciales, recreativos y de estudios ofrecidos por la Revolución, ya que las horas de mayor tiempo libre del pueblo son en la noche. Dentro de los objetivos más importantes del alumbrado público se encuentran: Evitar o reducir al mínimo los accidentes de tránsito en el horario nocturno, brindando a los conductores de vehículos un entorno visible en el cual se sientan seguros, específicamente en curvas, cruces y pasos peatonales, permitiéndole entonces un rápido y seguro tránsito por la ciudad. Facilitar la vigilancia y protección de los bienes públicos y brindar seguridad a las personas que a esas horas descansan en sus hogares, así como a los que se encuentran de paso. Evitar los problemas que se producen por falta de alumbrado en todos los aspectos mencionados, no debe ser considerado como un lujo del que se puede prescindir, sino como una necesidad. Basados en que el alumbrado público es el sistema menos actualizado en la Empresa Eléctrica y que su adecuado funcionamiento es de vital importancia para la calidad de vida de la población, se propone cumplir los siguientes objetivos: Mejorar el sistema de alumbrado público de Santa Clara utilizando el Esec2.0 como herramienta de cálculo..

(13) INTRODUCCIÓN. 2. Conformar circuitos de alumbrado en las zonas donde existe el hilo de control como alternativa para eliminar las lámparas encendidas durante el día y las pérdidas que estas provocan. Proponer una variante para permitir el ahorro de energía en estas instalaciones apagando lámparas alternas a partir del horario de medianoche sin afectar los niveles de iluminación. Para cumplir con los objetivos propuestos se ha dividido el trabajo de la siguiente forma en el Capitulo 1 se hace una breve reseña de aspectos generales del alumbrado público en ámbito mundial. En el Capitulo 2 se describen los materiales y métodos para el estudio de los circuitos de alumbrado público y su estado actual. Para terminar en el Capitulo 3: con los resultados del estudio de los circuitos de alumbrado público y sus ventajas..

(14) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 3. CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO.. El alumbrado público es un factor muy importante porque es el sustituto de la luz solar convirtiéndose en el mejor guardián cuando se pone el sol y llega la oscuridad en la noche. El desarrollo de obras viales para servicio urbano así como de proyectos arquitectónicos y de construcción existentes traen consigo la necesidad de un gran número de instalaciones complementarias dentro de las cuales la más notable e importante es el sistema de alumbrado público que necesariamente forma parte del equipamiento urbano armonizando con su diseño y conjugando la estética con el confort visual uniforme y suficiente para ofrecer la sensación de seguridad personal al usuario nocturno, peatón, automovilista, comercio, parques deportivos en general; logrando así una considerable reducción en accidentes de tránsito y en índice de maltratos de la propiedad social. Además es utilizado el alumbrado público para fomento de las instalaciones deportivas, iluminación de parques y áreas recreativas, plazas, etc. 1.1. Conceptos generales de iluminación.. Aunque el objetivo fundamental del trabajo fue analizar la disposición eléctrica de los circuitos de alumbrado de la ciudad es conveniente introducir algunos de los conceptos más comunes en materia de alumbrado público. [2], [8] Nivel de iluminación: El nivel de iluminación indica la cantidad de luz que incide sobre la zona considerada (Lux). . Flujo luminoso: Es el caudal de energía radiante que tiene la propiedad de producir una sensación visual y se evalúa según la señal luminosa que produce. Es análogo a lo que en diversas técnicas se denomina como potencia, o sea, es la energía.

(15) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 4. luminosa radiada al espacio en la unidad de tiempo. El flujo luminoso se distribuye de acuerdo al dispositivo que se utilice para la iluminación. (Lumen). . Intensidad luminosa: Es la densidad de flujo luminoso emitido por una fuente puntiforme en una dirección dada; se puede definir como el cociente entre el flujo emitido en una dirección y su ángulo sólido. (Candela).. . Luminancia: Es un concepto muy importante, ya que el ojo responde a niveles de luminancia, es decir, lo que se ve es la luminancia. La luminancia de un cuerpo o de una superficie en general, es el cociente entre la intensidad luminosa que la superficie emite en una dirección determinada y el área que proyecta en esa dirección.. . Rendimiento lumínico: Sin ser un elemento de clasificación de las luminarias, el rendimiento o eficiencia es un parámetro de gran importancia para la selección de las mismas, ya que es: El cociente del flujo luminoso que sale de la luminaria, entre el flujo emitido por la lámpara. Este es un factor muy importante, ya que el usuario lo que aprecia es la luz y no la energía eléctrica consumida. (Lumen/watt).. . Estética: Una consideración que debe hacerse el proyectista de iluminación es que la iluminación va ser vista durante un gran número de horas con luz diurna y que se juzgará por su efecto estético. El conjunto de base, columna, brazo, conductores y luminarias, forma parte del paisaje de la ciudad.. . Economía: El concepto de economía se ha asociado con excesiva frecuencia al costo de la instalación olvidando la finalidad esencial, que es la de obtener un determinado nivel de luz con un costo mínimo, a lo largo de su vida útil. Una instalación de bajo costo inicial, que al cabo de poco tiempo presente fallos de encendido, un descenso exagerado en el nivel de iluminación, en la uniformidad u otro factor, resultará evidentemente muy cara, desde el punto de vista social y de mantenimiento. Es preciso considerar que el costo de una instalación resulta de la suma de su costo inicial más el mantenimiento durante los años de explotación, de forma que se aseguren los resultados luminotécnicos y estéticos previstos..

(16) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 1.1.1 . 5. Terminología. Lámpara: Es el aparato mediante el cual se transforma la energía eléctrica en energía luminosa.. . Balastro: Es el equipo electromagnético o electrónico empleado para operar las lámparas de descarga eléctrica; proporciona a la lámpara sus condiciones de operación correcta.. . Luminaria: Es el gabinete contenedor de lámparas y en algunos casos también de balastros; se utiliza para dirigir y controlar el flujo luminoso de una o más lámparas.. . Reflector: Dispositivo empleado para aprovechar la reflexión de la luz. La reflexión de la luz es especular cuando los rayos luminosos reflejados se orientan en direcciones preferentes de acuerdo a las características geométricas en la que se produce la reflexión. La reflexión de la luz es difusa cuando se da en todas direcciones.. . Refractor: Dispositivo empleado para controlar los cambios de dirección de un haz luminoso cuando pasa de un cierto medio a otro de diferente densidad. El mejor control se logra empleando lentes ópticas.. . Curva de distribución: Es la representación gráfica del comportamiento de la potencia luminosa emitida por una luminaria; se representa en coordenadas polares y sus valores están dados en candelas.. . Curva Isolux: Son curvas que representan iguales niveles de iluminación sobre un plano de trabajo. [1], [10].

(17) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 1.2. 6. Tipos de lámparas.. En el esquema 1.1 se pueden apreciar los tipos de lámparas más usados.. Esquema 1.1. En la Figura 1.1 se dan curvas de eficacia de las lámparas en función de su tipo y potencia.. Figura 1.1. Eficacia de las lámparas en función del tipo y de la potencia..

(18) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 1.2.1. 7. Lámparas Incandescentes .. A través de un filamento metálico de cierta resistencia eléctrica (frecuentemente tungsteno, alojado al vacío dentro de una ampolleta de vidrio en la atmósfera de un gas inerte), se hace pasar corriente eléctrica, lo que produce que el filamento llegue a un punto de incandescencia, emitiendo así radiaciones luminosas y caloríficas. Las radiaciones electromagnéticas emitidas por una lámpara incandescente son en promedió 90% infrarrojas y 10% visibles. Esto las convierte en buenas fuentes de calor. La construcción de un foco incandescente es relativamente sencilla, su funcionamiento también es simple y sin necesidad de aditamentos como los balastros. En la Tabla 1.1 se muestran datos fundamentales de estas lámparas. Tabla 1.1 Datos de Lámparas Incandescentes. 1.2.2. Lámparas Fluorescentes.. La luz se produce debido al fenómeno de fluorescencia por medio de una descarga eléctrica dentro de un tubo cuya longitud es mucho mayor que su diámetro, en una atmósfera de vapor de mercurio a baja presión. La radiación de mercurio en estas condiciones no es visible, por lo que se utilizan polvos fluorescentes, los cuales tienen la propiedad de cambiar la longitud de onda ultravioleta del arco a longitudes de onda dentro del espectro visible..

(19) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 8. La cromacidad de la luz producida es una consecuencia de las características especiales de los polvos fluorescentes. Una lámpara luz de día hace resaltar los colores azules, disminuyendo los rojos; una lámpara blanco cálido, por el contrario, reproduce en mejor forma los colores rojos, mientras que los azules los desplaza hacia el gris; la lámpara blanco frío es de una aplicación intermedia, reproduciendo mucho mejor los colores naranja, verde y amarillo, opacando un poco lo rojos y azules. En la Tabla 1.2 se muestran datos fundamentales de estas lámparas. Tabla 1.2. Datos de lámparas fluorescentes. 1.2.3. Lámparas de Alta Intensidad de Descarga.. Lámparas de Vapor de Mercurio: estas lámparas pertenecen a la familia identificada como Lámparas de Alta Intensidad de Descarga (HID). La luz se produce al paso de una corriente eléctrica a través de gas de mercurio, gasificado de baja presión. Las lámparas de alta intensidad de descarga llevan un tubo de descarga gaseosa que va alojado en el interior de un bulbo protector. Este tubo de descarga opera a presiones y densidades de corriente de magnitud lo suficientemente alta para producir la radiación visible, cuando en sus electrodos se aplica una tensión que da lugar a un arco eléctrico que posteriormente ioniza el gas. Esto vaporiza el mercurio, calentándose rápidamente la lámpara, hasta alcanzar una condición estable..

(20) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 9. La cantidad de mercurio puro que contiene una lámpara se gradúa con exactitud; también se incluye gas argón para facilitar la descarga eléctrica. Las lámparas producen una luz verde azulada blanquecina debido a la ausencia de radiaciones rojas que provoca la combinación mercurio-argón. Son los sistemas encargados de distribuir la energía eléctrica a las poblaciones y los centros urbanos, donde predominan las cargas residenciales. Son alimentados por subestaciones de distribución. Tienen la característica de que su curva de carga tiene dos picos, uno al mediodía y otro mayor en la tarde noche. En la Tabla 1.3 se muestran los datos de este tipo de lámpara. Tabla 1.3. Datos de las Lámparas de Mercurio. Lámparas de Vapor de Sodio en Alta Presión (VSAP): estas lámparas funcionan bajo el mismo principio que las de vapor de mercurio, pero varían en sus componentes y geometría. Sus componentes son sodio, mercurio y un gas noble que puede ser argón o xenón; el principal productor de la luz es el sodio que, a diferencia de las lámparas de mercurio, se encuentra a alta presión. El mercurio en este caso es un corrector de color y controlador de tensión; el xenón es empleado para iniciar la descarga eléctrica. Poseen una alta eficacia luminosa, pero con bajo rendimiento del color. Requieren de un periodo de calentamiento de 3 a 4 minutos para lograr su completa brillantez; si existe una interrupción momentánea, el tiempo de reencendido es casi de un minuto. La función de arranque se efectúa por la intervención de un circuito electrónico llamado ignitor, que trabaja en conjunto con los componentes magnéticos del balastro. Estas lámparas producen una luz dorada blanquecina provocada por el predominio del sodio y la corrección de color del mercurio..

(21) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 10. Lámparas de Vapor de Sodio en Baja Presión (VSBP): el principio de operación es el mismo que el de las demás lámparas de descarga, pero el gas de sodio se encuentra a baja presión y su geometría es de mayores dimensiones, llegando a presentar una longitud mayor a un metro. Este tipo de fuente luminosa es el de mayor eficacia luminosa, pero también la de menor rendimiento de color: tan solo 20%. Por ello, su brillantez es totalmente monocromática en diferentes tonos de amarillo. Para iluminación de seguridad, las lámparas de sodio de baja presión ofrecen la mayor eficacia luminosa. Debido a que en el espectro de frecuencias que emite esta lámpara está presente únicamente el color amarillo, se puede aplicar a lugares con mucha niebla y lugares con contaminación, ya que el ojo es más sensible a este color y facilita su visión. En las tablas 1.5 y 1.6 pueden observarse los datos de las lámparas de vapor de sodio de alta y de baja presión, respectivamente. Tabla 1.5. Datos de Lámparas de VSAP. Tabla1.6. Datos de Lámparas de VSBP. Lámpara de Aditivos y Halogenuros Metálicos: es otra lámpara de alta intensidad de descarga que se caracteriza por su luz blanca y ser la de mejor rendimiento de color con alta eficacia luminosa. Cuando se requiere de iluminación de gran calidad en la reproducción de.

(22) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 11. colores y en locales con altura superior a los tres metros de altura, esta fuente luminosa es la opción adecuada. Ahora bien, en locales donde la reproducción de colores no es necesidad imperiosa, el uso de estas lámparas resulta un lujo. Sus aplicaciones son bastante versátiles, pudiéndose emplear tanto en locales interiores como en exteriores. Son especialmente recomendables para clubes deportivos, centros comerciales, alumbrado decorativo y de espectáculos, naves industriales y lugares donde se realizan tareas de precisión y clasificación por colores. La temperatura de color de este tipo de lámparas es de 4100 K. La nueva generación de este tipo de lámparas se conoce como de Halogenuros Metálicos. Ellas presentan una nueva tecnología que ha permitido reducir sus necesidades de potencia eléctrica, así como sus dimensiones de diseño. Esto permite emplearlas en aplicaciones de baja altura (entre 3 y 5 metros) dentro de oficinas, auditorios, centros comerciales, tiendas de ropa, joyerías etc. Los parámetros fundamentales de estas lámparas se dan en la Tabla 1.7. Tabla 1.7. Datos de Lámparas de Aditivos Metálicos. 1.2.4. Lámparas de Luz Mixta.. Las lámparas de luz mixta fueron creadas para corregir la luz azulada de las lámparas de mercurio y para esto se adiciona dentro del mismo bulbo un filamento incandescente. Estas lámparas se pueden conectar a la red eléctrica sin necesidad de emplear un balastro, puesto que el filamento, además de fuente luminosa, actúa como resistencia limitante de la corriente eléctrica. Normalmente operan a una tensión de 220 V. Estas lámparas se aplican en el alumbrado de interiores y exteriores sustituyendo directamente a la iluminación incandescente de altas potencias. Su índice de reproducción.

(23) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 12. de colores es de los más altos, pero su eficacia luminosa es bajísima, resultando en altos consumos de energía. Los datos fundamentales de las lámparas de luz mixta se muestran en la Tabla 1.8. Tabla 1.8. Datos de Lámparas de luz Mixta. 1.2.5. Lámparas de LEDs.. Día a día, estos emisores de luz o diodos ganan terreno a la iluminación tradicional, sobre todo porque las ventajas que nos presentan son muchas y entre una de esas, su rendimiento lumínico, que es muy notable. Son muchos los beneficios de la luz LED de alta potencia, pueden tener una duración de hasta 100.000 horas, ya que no tienen filamentos, este hecho hace que no se fundan como lo hacen las tradicionales bombillas. Estos dispositivos de estado sólido son muy resistentes a los golpes. Estos nuevos LEDs no emiten rayos ultravioletas, ni tampoco infrarrojos y además no calientan la superficie a la que iluminan, pero para nosotros la mejor ventaja es su reducido consumo y su alta eficiencia. Una bombilla emplea sólo un 10% de cada watt para iluminar, mientras que el resto es calor pero en los LEDs, es totalmente lo contrario, un 90% de iluminación y un 10% de calor. Además otra cualidad es que no tiene pérdidas por la reflexión, los sistemas como los dicroicos necesitan de reflectores para concentrar la luz al lugar donde se quiere iluminar, lo que supone perder un 60% de efectividad, mientras que el LED no precisa estos sistemas y la luz puede ser dirigida a la zona que se quiere iluminar con una eficiencia del 90%..

(24) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 13. MicroLEDs: Hay un gran salto tanto cuantitativo como cualitativo entre el microled y el led, dado que el microled presenta la gran ventaja del gran ahorro de energía del led con una iluminación 100% eficaz con sus 120º de apertura hacia el hemisferio inferior. Su nacimiento proviene de la evolución natural del led, dado que un microled es capaz de concentrar varios diodos led en una pastilla llamada microled que es el foco emisor de luz. El microled es una pastilla que contiene unos diodos de silicio recubiertos de silicona. Al aplicar una tensión de 3.3V a los diodos de silicio, estos emiten luz. El microled puede ser empleado tanto para funcionar a 230V como a 24V, simplemente con trabajar con el arrancador que corresponda, dado que el microled trabaja siempre a 36V. Entre sus principales aplicaciones se encuentra la iluminación solar tanto vial como de interiores, parques y jardines, etc. Las principales ventajas del microled es que no produce contaminación lumínica, tampoco contaminación ambiental, los lúmenes emitidos son 100% eficaces, además del importante ahorro de energía al utilizar esta tecnología. [4], [6] La depreciación de las lámparas de LEDs a lo largo de la vida se muestra en la gráfica 1.1.. Gráfica 1.1 Depreciación de las lámparas de LEDs..

(25) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 1.2.6. 14. Comparación de las lámparas LEDs con otras tecnologías.. - Ahorro en comparación con el led: aproximadamente el 20%. - Ahorro en comparación con incandescencia aproximadamente el 60%. - Ahorro en comparación con bajo consumo: aproximadamente el 70%. - Ahorro en comparación con vapor de sodio: aproximadamente el 66%. - Ahorro en comparación con vapor de mercurio: aproximadamente el 75%. - Ahorro en comparación con Halogenuros metálicos: aproximadamente el 40-50%. 1.3. Luminarias.. En este acápite se tratará de las características que exigen las luminarias para un buen funcionamiento. Entre ellas se encuentran: . Características fotométricas u ópticas. . Características mecánicas y eléctricas. . Características de tipo estético.. 1.3.1. 1.3.2. Características fotométricas u ópticas. . Dispersión transversal Estrecho < 45 grado.. . Medio > 45 grado < 55 grado.. . Ancho > 55 grado.. . Alcance longitudinal Corto < 60 grado - (cut off).. . Intermedio > 60 grado < 70 - (semi cut off).. . Largo > 70 grado - (no cut off).. Características mecánicas y eléctricas.. . Solidez. . Ejecución en un material adecuado a las condiciones de trabajo previstas.. . Construcción que permita funcionar a la lámpara en condiciones apropiadas de temperatura..

(26) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. . 15. Protección de las lámparas y equipo eléctrico contra la humedad y demás agentes atmosféricos.. . Facilidad de montar, desmontar y limpiar. . Cómodo acceso a la lámpara y equipo eléctrico. 1.3.3. Características estéticas.. Al instalar luminarias debe procurarse que de ninguna manera desentonen con el medio ambiente en el cual se encuentran. 1.4. Tipos de Controles del Alumbrado Público.. Los circuitos de alumbrado en su mayoría son alimentados por un solo elemento, o sea una sola fuente, que puede ser un transformador u otro circuito, en este caso de distribución secundaria y que sus elementos consumidores serían las lámparas, que pueden ser de diferentes tipos y potencias, conjuntamente con aquellos accesorios que de una forma u otra permiten el encendido de las mismas estos son: 1.4.1. Fotorresistencia.. Componente de un circuito cuya resistencia disminuye sensiblemente al ser expuesto a la luz mientras que cuando permanece en la oscuridad total presenta una resistencia muy elevada. También recibe el nombre de resistencia dependiente de la luz (LDR). Es un dispositivo foto detector que modifica su resistencia eléctrica al ser expuesto a la energía luminosa. Así, por ejemplo, cuando el nivel de iluminación es de 1.000 lux, la resistencia puede ser de 130 ohms, pero cuando el nivel de iluminación disminuye hasta 50 lux, su resistencia puede ser de 2,4 kilo ohms. 1.4.2. Relevador electromecánico.. Este dispositivo permite la conexión de las fuentes de energía con el circuito de alumbrado accionado por el elemento de control. La operación de este dispositivo se efectúa mediante un electroimán que abre o cierra los contactos de carga. Cuando el nivel de iluminación en la superficie del elemento censor es bajo, la corriente a través de la bobina es lo suficientemente pequeña para mantener los contactos de carga en su posición normal. Cuando el nivel de iluminación es alto, se produce el paso de una corriente mayor a través.

(27) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 16. de la bobina cuyo núcleo ejerce atracción sobre el contacto, modificando la posición de los contactos de carga. 1.4.3. Interruptor manual.. Es aquel que permite el encendido y apagado de los circuitos de forma manual para el cual se utilizan cuchillas monopolares o bipolares, cut outs, entre otros. 1.4.4. Controles en Cascada. Es necesario resaltar al analizar los controles de encendido por conexión en cascadas, que el encendido de uno de depende de otro que a su vez depende de si mismo o de otro que seria el circuito principal. Este tipo de conexión atenta drásticamente contra la fiabilidad del alumbrado de la ciudad, ya que si ocurre una falla al principio de la cascada se queda apagado el circuito completo por lo que la tendencia ha sido eliminarlos. 1.4.5. Controles de tiempo programado.. El control de tiempo programado es la estrategia empleada para activar, extinguir o ajustar la iluminación de acuerdo con un programa predeterminado, y es la más apropiada para instalaciones donde las cosas suceden en determinados momentos. El uso de relojes de tiempo constituye la manera más sencilla de implementar estrategias de programación. Hay diferentes tipos, que incluyen los electromecánicos, los electrónicos y los astronómicos. Los relojes de tiempo astronómicos se utilizan para controlar la iluminación exterior y cada día se pueden ajustar automáticamente a los tiempos de salida y puesta del sol. Existen variantes para controlar el encendido varias veces en el día; para saltar días que se eliminan del programa; para realizar programaciones semanales, etc. Una fuente de respaldo (backup) permite mantener la alimentación a los relojes cuando hay interrupciones de la energía. 1.5. Voltaje de Alimentación.. Los circuitos de alumbrado pueden trabajar con diferentes voltajes de utilización. En el caso de Cuba se utilizan dos niveles de voltaje 220 V y 208 V. Este voltaje es el que más se explota debido a que se pueden aprovechar los transformadores de fuerzas en los bancos trifásicos con el neutro aterrado en el center-tap del trasformador de alumbrado y producen un voltaje suficiente para el funcionamiento de las lámparas de 220 V. No obstante el.

(28) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 17. funcionamiento de los circuitos a voltajes menores trae consigo reducciones de consumo de potencia, eficiencia, cantidad de luz emitida y afectan a su rendimiento, aunque aumenta la vida útil de las lámparas. Por el contrario, si la lámpara es sometida a sobre voltaje reduce su vida útil, aumentando el consumo de potencia, la eficiencia y la producción de luz de la lámpara acortando su vida útil por lo que se debe tener en cuenta, no solo las caídas de voltaje, sino también los sobre voltaje a que son sometidos. [7], [9] 1.5.1. Caídas de voltaje en las lámparas de descarga de alta intensidad.. Las lámparas de sodio con balastro tipo reactor exhiben un cambio del 12% en la iluminación para un 5% de variación del voltaje. Un balastro tipo autotransformador de potencia constante, produce una variación de la potencia de ±5% en una lámpara de mercurio o de ±10% en una lámpara de halógeno metálico para ±10% de variación del voltaje. Un efecto importante es que en general, las lámparas de descarga pueden apagarse cuando el voltaje disminuye por debajo del 75%, lo que incide negativamente en la vida útil de las lámparas por el incremento de la cantidad de encendidos. 1.5.2. Variaciones de voltaje por primario.. Para calcular las distancias máximas de los circuitos que permitan las caídas de voltaje permisibles para el encendido de las lámparas fue necesario tener en cuenta las caídas de voltaje por primario. La siguiente gráfica son las lecturas del NULEC (V-401) del circuito 1 a 4.16 kV del cuadro de Santa Clara durante las horas nocturnas de un día el cual se va a tomar como referencia para saber a grandes rasgos como se comportan las fluctuaciones de voltaje por primario. Como se puede ver en la gráfica no tiene grandes alteraciones pues tiene un registro máximo de 2615 V, y un mínimo de 2545 V, como registro medio tiene un valor de 2580 V .Lo que da una variación de voltaje por primario durante la noche de 1.4% por encima y por debajo del nivel medio. En la gráfica 2.1 se muestra las variaciones de voltaje por primario en los circuitos de distribución..

(29) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 18. Gráfica 2.1 variación del voltaje por alta en noche. 1.6. Efecto del mantenimiento en la eficiencia y en la efectividad.. A diferencia de lo que ocurre en otros sistemas energéticos, cuando a un sistema de iluminación no se le da mantenimiento, el consumo de energía puede reducirse. La potencia de entrada al sistema disminuye según las lámparas se queman y los balastros dejan de funcionar. Estos ahorros pueden ser ilusorios. Además, suele ocurrir que los usuarios compensan la pérdida de iluminación utilizando equipos portátiles muy ineficientes. La solución más efectiva es mantener altos niveles de iluminación aplicando un plan de mantenimiento dirigido a cuatro factores de pérdida de iluminación, que son recuperables con la realización del mantenimiento: el coeficiente de lámparas quemadas, la depreciación de los niveles de iluminación, la depreciación de la luminaria por suciedad y la depreciación de la superficie del local por suciedad. La Figura 1.3 muestra cómo los sistemas de iluminación desvalorados pierden eficiencia con el tiempo..

(30) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DEL ALUMBRADO PÚBLICO. 19. Figura 1.3. Efecto de la pérdida de iluminación con el tiempo. 1.7. Detección de fallas.. El mejor método para la detección de fallas es cambiar los componentes desconocidos, por buenos conocidos. La experiencia es la mejor herramienta. Debe consultarse la bibliografía especializada y las guías de detección de fallas que publican los grandes fabricantes de lámparas..

(31) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. CAPÍTULO 2.. 20. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO. DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. Para hacer el estudio de los circuitos de alumbrado se trabajó específicamente en la zona del centro de la ciudad de Santa Clara. En el cálculo y la conformación de los circuitos se utilizó el MAPINFO como apoyo en el trabajo cartográfico y el Esec2.0 como herramienta de cálculo de las pérdidas de potencia, energía y caídas de voltaje. Para los cálculos de iluminancia se utilizó el método de los lúmenes o el factor de iluminación. La zona de estudio de los circuitos se encuentra representada en la figura 2.1.. Figura 2.1. Levantamiento realizado al hilo de alumbrado y sus posibles puntos de alimentación..

(32) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 2.1. 21. Características del alumbrado público en la ciudad de Santa Clara.. En la ciudad de Santa Clara hay instaladas 3356 luminarias de alumbrado público entre calles y avenidas principales conformando 56 instalaciones de las cuales 13 con 1634 luminarias controladas por interruptores manuales y alimentadas por transformadores exclusivos o puntos de fuerza dentro de la ciudad, los otros 21 circuitos con 1030 luminarias son los que están en la Circunvalación con transformadores exclusivos y controlados por reveladores dominados por una fotocelda y los 22 restantes están compuestos por 692 luminarias que están controladas por fotoceldas independientes. Se demostró durante el paso de estos últimos años que más de un 50% de estas celdas provocan fallas en el alumbrado manteniendo las lámparas y circuitos encendidos durante el día. las que representan pérdidas netas para la Empresa Eléctrica de Villa Clara. 2.2. Situación o estado actual.. En la zona centro de la ciudad de Santa Clara existen 155 luminarias entre las calles principales y algunas derivaciones de ellas un 25% se quedan encendidas durante el día Una luminaria encendida durante un día consume 2.9 kW y ese 25% que se encuentra encendido significa en un mes es 3.4 MW y en un año 40.5 MW. Desde hace tiempo existe, entre los usuarios y los técnicos, hay una real inquietud por mejorar las instalaciones de alumbrado. Ya no se trata tan sólo de iluminar, sino de hacerlo de la mejor forma posible. No se puede concebir una instalación sin valorar, adecuadamente, los factores de calidad, economía y estética. Las instalaciones de alumbrado público cuestan dinero, su funcionamiento mucho más. En este marco de calidad-precio es donde se justifica los grandes problemas que existen con el alumbrado público, por lo que esto imposibilita en todo momento y situación, una calidad aceptable y constante de su servicio. Debido a estos problemas y a la falta de información que existe actualmente, se decidió hacer un estudio y análisis de la red alumbrado público de la ciudad de Santa Clara..

(33) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 2.3. 22. Problemas del alumbrado público.. Instalaciones Soterradas: En mal estado de circuitos viejos y otras de las nuevas inversiones y estos efectos están dados por no cumplir con la calidad y las normas de construcción. Deficiencias en las Reparaciones: La guardia eléctrica no repara las líneas cuando estas se averían. En ocasiones se dilata el neutro y cortan el hilo de alumbrado, o desconectan las luminarias del secundario para identificar las averías y luego no las conectan y la brigada cuando cambia un poste no coloca nuevamente el brazo de alumbrado, ni la luminaria o la dejan desconectada también. Existencia de Circuitos Manuales: Debido a la falta de elementos de control automático se han generalizado los circuitos manuales que en muchas ocasiones son encendidos por personas ajenas y esto hace que no las apaguen, trayendo consigo un mayor consumo y acortar la vida útil de las mismas. Deficiencias en los Proyectos y nuevas Obras: Desde hace algunos años en las nuevas construcciones de línea no se instala el hilo de alumbrado, por lo que al instalar luminarias en esas zonas hay que hacerlos con controles manuales independientes, o por fotoceldas independiente que al tiempo provocan fallas en las luminarias o se quedan encendidas, generalizándose esto por toda la ciudad. Estos son algunos de los problemas más frecuentes que se encuentran en nuestro municipio de Santa Clara, donde se trabaja arduamente por mejorar la calidad del servicio de alumbrado público tan importante para la vida y la sociedad. 2.4. Recorrido del campo de estudio.. Para la realización de este trabajo fue necesario hacer un levantamiento de los circuitos secundarios alrededor del centro de la ciudad para recopilar información que estos pudieran brindar con el objetivo de introducirlo en el ESEC2.0 y de esta forma obtener resultados reales que sirven como base para la propuesta. 2.5. Programa para el cálculo de los parámetros más importantes.. El software ESEC2.0 se diseñó para asistir a los especialistas de distribución eléctrica en el estudio de circuitos radiales, permite realizar estudios de caída de tensión y pérdidas en.

(34) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 23. circuitos secundarios, hacer cálculos de optimización y simular mejoras para valorar el posible comportamiento de los circuitos. Para el trabajo con el programa mencionado fue necesario introducirle una serie de datos entre los cuales se destacan: 9 ID del poste. 9 Material de fabricación. 9 Numero de lámparas por poste. 9 Longitud de la acometida. 9 Separación entre postes. 9 Calibres de los conductores. 9 Capacidad del banco. Una vez conformado el circuito se hace la corrida del mismo arrojando los siguientes resultados: 9 Pérdidas de potencia (kW). 9 Pérdidas de energía (MW.h/año). 9 Caídas de tensión en cada tramo. 9 Peor voltaje y poste correspondiente. 2.5.1. Análisis del flujo de carga de los circuitos.. Para clasificar a los circuitos de alumbrado en dependencia de su caída de voltaje, se establecen los siguientes parámetros. 9 (< 3) % muy buenos. 9 (3 - 5) % buenos. 9 (5 - 7) % regulares. 9 (7 - 10) % malos. 9 (> 10) % muy malos..

(35) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 24. Respecto alas pérdidas de potencia activa se clasifica de la siguiente forma: 9 (< 5) % buenos. 9 (5 - 10) % regulares. 9 (> 10) % malos. Los resultados de las corridas se pueden ver en la figura correspondiente a cada circuito, en el mismo se puede apreciar la influencia de los problemas que influyen en las pérdidas en las caídas de voltaje y las pérdidas de potencia activa. 2.6 2.6.1. Propuestas para disminuir las pérdidas de energía del alumbrado público. Variante 1.. Esta variante 1 abre la investigación con la propuesta de la conformación de circuitos en forma radial utilizando el conductor ya existente en la zona del centro de la ciudad. Cada circuito se alimentaría a partir de la instalación de un transformador exclusivo y un sistema de encendido con un relevador dominado por un control de tiempo. Con el objetivo de disminuir las pérdidas provocadas por las lámparas encendidas durante el día debido al control de celdas independientes. ¾ Circuito calle Maceo (fig.2.2.).. Figura 2.2..

(36) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 25. El circuito esta compuesto por 38 lámparas de 250 W y en toda su extensión tiene como conductor de cobre # 6.y abarca una distancia 1482 m y lo utilizaremos desde el Ferrocarril hasta la carretera Central. La propuesta para este circuito es, que el centro de carga se encuentre en la dirección de Maceo entre Independencia y Céspedes que es a una distancia de 800m del final. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 63 A y un contactor magnético de 2 polos y de 60 A dominados por un control de tiempo programado. ¾ Circuito calle Unión. (fig.2.3.).. Figura 2.3. El circuito esta compuesto por 36 lámparas de 250 W y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente y abarca una distancia de 1679 m y lo utilizaremos desde el Ferrocarril hasta la carretera Central. La propuesta para este circuito es ubicar un transformador de 25 kVA en la dirección de Unión entre Buen Viaje y Gloria, frente a la iglesia donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 63 A y un contactor magnético de 2 polos y de 60 A dominados por un control de tiempo programado..

(37) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 26. ¾ Circuito calle Colon. (fig.2.4.).. Figura 2.4. El circuito esta compuesto por 18 lámparas de 250 W y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y abarca una distancia de 663 m y lo utilizaremos desde el parque Vidal hasta la carretera Central. La propuesta para este circuito es ubicar un transformador de 10 kVA en la dirección de Colon entre San Miguel y Nazareno, frente a la unidad de la policía donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 32 A y un contactor magnético de 2 polos y de 30 A dominados por un control de tiempo programado.. ¾ Circuito calle Cuba (fig.2.5.).. Figura 2.5. El circuito esta compuesto por 21 lámparas de 250 W y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y abarca una distancia de 653.

(38) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 27. m y lo utilizaremos desde el parque Vidal hasta la carretera Central. La propuesta para este circuito es ubicar un transformador de 10 kVA en la dirección de Cuba entre San Miguel y Nazareno, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 32 A y un contactor magnético de 2 polos y de 30 A dominados por un control de tiempo programado. ¾ Circuito calle Luís Estévez (fig.2.6.).. Figura 2.6. El circuito esta compuesto por 22 lámparas de 250 W y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y abarca una distancia de 678 m y lo utilizaremos desde el Ferrocarril hasta el parque Vidal. La propuesta para este circuito es ubicar un transformador de 10 kVA en la dirección de Luis Estevez entre Julio Jovel y Berenguer, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 32 A y un contactor magnético de 2 polos y de 30 A dominados por un control de tiempo programado. ¾ Circuito calle Máximo Gómez fig.(2.7.).. Figura 2.7..

(39) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 28. El circuito esta compuesto por 22 lámparas de 250 W y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y abarca una distancia de 731 m y lo utilizaremos desde el Ferrocarril hasta el parque Vidal. La propuesta para este circuito es ubicar un transformador de 10 kVA en la dirección de Máximo Gómez entre Julio Jovel y Berenguer, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 32 A y un contactor magnético de 2 polos y de 30 A dominados por un control de tiempo programado. 2.6.2. Variante 2.. Esta variante 2 busca alcanzar los mismos objetivos de la variante1, con la optimización de los costos debido a la utilización de los transformadores existentes en los puntos de fuerza del centro de la ciudad, para alimentar los circuitos de alumbrado con una conformación diferente. ¾ Circuito 1 AP centro (fig.2.8.).. Figura 2.8..

(40) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 29. El circuito esta compuesto por 39 lámparas de 250 W, comprende parte de las calles de Unión, Maceo, Colon, Cuba y Nazareno en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y lo utilizaremos en toda el área que ocupa que se encuentra representada en la fig.3.6 el banco compuesto por un transformador de 100 kVA y un 10 kVA al cual es necesario hacerle un aumento de capacidad por un 25 kVA para que pueda con la carga de las lámparas se encuentra localizado en Bonifacio Martínez entre Sindico y Nazareno, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 63 A y un contactor magnético de 2 polos y de 60 A dominados por un control de tiempo programado. ¾ Circuito 2 AP centro (fig.2.9.).. Figura 2.9.. El circuito esta compuesto por 40 lámparas de 250 W, comprende parte de las calles Unión, Maceo, Luis Estévez y Conyedo y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y lo utilizaremos en toda el área que ocupa que se encuentra representada en la fig.3.8 el banco compuesto por un.

(41) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 30. transformador de 100 kVA y un 25 kVA se encuentra localizado en Maceo entre Conyedo y Berenguer, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 63 A y un contactor magnético de 2 polos y de 60 A dominados por un control de tiempo programado. ¾ Circuito 3 AP centro (fig.2.10.).. Figura 2.10. El circuito esta compuesto por 37 lámparas de 250 W comprende gran parte de las calles Cuba y San Miguel y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y lo utilizaremos en toda el área que ocupa que se encuentra representada en la fig.3.10 el banco compuesto por un transformador de 100 kVA y un 25 kVA se encuentra localizado en San Miguel entre Colon y Cuba, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 63 A y un contactor magnético de 2 polos y de 60 A dominados por un control de tiempo programado..

(42) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 31. ¾ Circuito 4 AP centro (fig.2.11.).. Figura 2.11. El circuito esta compuesto por 54 lámparas de 250 W comprende parte de las calles Unión, Maceo, Colon, Candelaria, San Cristóbal, Mujica, Gloria, Buen Viaje y Céspedes, y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y lo utilizaremos en toda el área que ocupa que se encuentra representada en la fig.3.13 el banco compuesto por un transformador de 100 kVA y un 50 kVA se encuentra localizado en Candelaria entre Unión y Maceo, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker de 2 polos y de 63 A y un contactor magnético de 2 polos y de 60 A dominados por un control de tiempo programado..

(43) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 32. ¾ Circuito 5 AP centro (fig.2.12.).. Figura 2.12. El circuito esta compuesto por 25 lámparas de 250 W, comprende parte de las calles Maceo, Céspedes, Luis Estévez y Martí y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y lo utilizaremos en toda el área que ocupa que se encuentra representada en la fig.3.15 el banco compuesto por un transformador de 75 kVA y un 25 kVA se encuentra localizado en Céspedes esquina Plácido, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 32 A y un contactor magnético de 2 polos y de 30 A dominados por un control de tiempo programado. ¾ Circuito 6 AP centro (fig.2.13.).. Figura 2.13..

(44) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 33. El circuito esta compuesto por 15 lámparas de 250 W, comprende parte de las calles Independencia y Unión, y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y lo utilizaremos en toda el área que ocupa que se encuentra representada en la fig.3.17 el banco compuesto por un transformador de 25 kVA y un 5 kVA se encuentra localizado en Independencia esquina San Isidro, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 32 A y un contactor magnético de 2 polos y de 30 A dominados por un control de tiempo programado. ¾ Circuito 7 AP centro (fig.2.14.).. Figura 2.14 El circuito esta compuesto por 23 lámparas de 250 W, abarca toda la calle Máximo Gómez y en toda su extensión tiene como conductor calibre # 6 de cobre que es el existente actualmente y lo utilizaremos en toda el área que ocupa que se encuentra representada en la fig.3.19 el banco compuesto por un transformador de 100 kVA y un 50 kVA se encuentra localizado en Máximo Gómez entre Martí e Independencia, donde se encuentra el centro de carga del circuito. Para su control utilizaríamos un relevador con breaker 2 polos y de 32 A y un contactor magnético de 2 polos y de 30 A dominados por un control de tiempo programado. 2.6.3. Variante 3.. Se propone una variante 3 a partir de análisis realizado en los niveles de iluminación necesarios según el flujo vehicular y peatonal en los distintos horarios de la noche en la.

(45) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 34. circunvalación de Santa Clara, buscando un ahorro de energía en el alumbrado público. Para ello se utiliza el Método de los lúmenes o el factor de utilización. Método de los lúmenes o el factor de utilización. La finalidad de este método es que el cálculo garantice el nivel de iluminancia medio determinado. Mediante un proceso interactivo, sencillo y práctico, se consiguen unos valores que aunque no son muy precisos, sirven de referencia para empezar a aplicar otros métodos. Datos de entrada . Determinar el nivel de iluminancia media (Em).. Iluminancia media depende de las características, la clase de vía e intensidad del tráfico tabla 2.1. Como valores orientativos podemos usar: Tabla. 2.1 Niveles de iluminancia media. Tipo de vía. Iluminancia media (lx). Con mucho trafico peatonal y automovilístico (A). 35. Con mucho trafico peatonal y poco automovilístico (B). 35. Con poco trafico peatonal y mucho automovilístico (C). 30. Trafico moderado de personas y automovilístico (D). 25. Con poco trafico peatonal y automovilístico (E). 20. . Elegir la disposición de lámparas más adecuada.. Disposición según la relación entre la anchura de la calzada y la altura de las lámparas tabla 2.2..

(46) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 35. Tabla .2.2 Disposición de las luminarias.. . Disposición. Relación (anchura/altura). Unilateral. ≤1. Tresbolillo. 1 < A/H ≤ 1.5. Pareada. > 1.5. Determinar el factor de mantenimiento (fm).. Dependiendo de las características de la zona (contaminación, trafico, mantenimiento…). Normalmente esto es difícil de evaluar y se recomienda tomar un valor no superior a 0.8 (habitualmente 0.7). Valores del factor de mantenimiento según las características de la vía tabla 2.3. Tabla 2.3 factor de mantenimiento. Características de la vía. Luminaria abierta. Luminaria cerrada. Limpia. 0.75. 0.80. Media. 0.68. 0.70. Sucia. 0.65. 0.68. . Calcular el factor de utilización (η ).. El factor de utilización es una medida del rendimiento del conjunto lámpara-luminaria. Normalmente se representa mediante curvas que suministran los fabricantes con las luminarias. Estas curvas están dadas en función del cociente anchura de la calle/altura(A/H), la mas habitual, o de los ángulos y1, y2 en el lado calzada y acera respectivamente. En la curva se puede obtener los valores del factor de utilización figura 2.15 y 2.16...

(47) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 36. Fig.2.15 Curva del factor de utilización Del gráfico se puede observar que hay dos valores posibles, uno para el lado acera y otro para el lado calzada, que se obtienen de las curvas.. Fig. 2.16 Calculo del factor de utilización.. Por tanto, para obtener el factor de utilización total de la sección transversal de la calle habrá que sumar los coeficientes del lado de la acera y del lado calzada..

(48) CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 37. Una vez fijados los datos de entrada, se procede al cálculo de la de la iluminancia media a través de la expresión 2.1. [3], [5] Expresión 2.1. Em =. η ⋅ fm ⋅ ΦL A⋅d. Donde: . Em: iluminancia media sobre la calzada que queremos conseguir.. . η : factor de utilización de la instalación.. . fm: factor de mantenimiento.. . ΦL : flujo luminoso de la lámpara.. . A: anchura a iluminar de la calzada en disposición bilateral pareada es la mitad (A/2) y toda (A) en disposiciones unilateral y tresbolillo.. . d: separación entre luminarias..

(49) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. CAPÍTULO 3.. 38. RESULTADOS DEL ESTUIO DE LOS CIRCUITOS. DE ALUMBRADO PÚBLICO.. En el capítulo anterior se muestra las condiciones en que se encuentran las redes del alumbrado de la zona del centro de la ciudad de Santa Clara presenta, grandes pérdidas de energía y algunos deficiencias técnicas. Esta problemática a llevado a que la Empresa Eléctrica este obligada al proyectarse al estudio de la calidad del servicio de las instalaciones de alumbrado público de la ciudad específicamente en el centro del pueblo el cual es la cara de la ciudad, donde se pretende que la cuidad cuente con una mejor eficiencia del servicio de alumbrado y con el objetivo de disminuir las pérdidas que este provoca, con esto se solucionan gran parte de los problemas existentes en las redes de la cuidad. 3..1. Resultados Variante 1. ¾ Resultados calle Maceo. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.1.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.1.. Gráfica 3.1 caídas de voltaje en el circuito de la calle Maceo..

(50) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 39. Tabla 3.1 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito de calle Maceo.. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 0.761. 2.570. 209.3. 10.7. 7.68%. 10.82%. 95.2%. 4.8%. ¾ Resultados calle Unión. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.2.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.2.. Gráfica 3.2 caídas de voltaje en el circuito de la calle Unión. Tabla 3.2 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito de calle Unión.. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 0.921. 2.955. 205.2. 14.2. 9.30%. 12.44%. 93.3%. 6.7%.

(51) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 40. ¾ Resultados calle Colón. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.3.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.3.. Gráfica 3.3 caídas de voltaje en el circuito de la calle Colón. Tabla 3.3 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito de calle Colón.. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 0.263. 1.033. 215.6. 4.4. 4.43%. 7.24%. 98%. 2%. ¾ Resultados calle Cuba. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.4.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.4..

(52) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 41. Gráfica 3.4 caídas de voltaje en el circuito de la calle Cuba. Tabla 3.4 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito de calle Cuba.. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 0.286. 1.087. 216.2. 3.8. 4.33%. 6.86%. 98.3%. 1.7%. ¾ Resultados calle Luis Estévez. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.5.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.5.. Gráfica 3.5 caídas de voltaje en el circuito de la calle Luis Estévez..

(53) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 42. Tabla 3.5 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito de calle Luis Estévez.. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 0.288. 1.092. 216.8. 3.2. 3.97%. 6.27%. 98.5%. 1.5%. ¾ Resultados calle Máximo Gómez. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.6.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.6.. Gráfica 3.6 caídas de voltaje en el circuito de la calle Máximo Gómez. Tabla 3.6 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito de calle Máximo Gómez.. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 0.326. 1.183. 214.3. 5.7. 4.94%. 7.47%. 97.4%. 2.6%.

(54) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 3..2. 43. Resultados Variante 2.. ¾ Resultados del circuito 1 AP centro. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.7.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.7.. Gráfica 3.7 caídas de voltaje del circuito 1 AP centro. Tabla 3.7 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito 1 AP centro. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía (MWh/año). Peor voltaje (V). Caída de tensión (V). 1.229. 3.694. 194.6. 13.4. 8.44%. 10.57%. 93.6%. 6.4%. ¾ Resultados del circuito 2 AP centro. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.8.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.8.. Gráfica 3.8 caídas de voltaje del circuito 2 AP centro..

(55) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 44. Tabla 3.8 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito 2 AP centro. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). Caída de tensión (V). (MWh/año). 1.100. 3.383. 196.6. 11.4. 7.34%. 9.41%. 94.5%. 5.5%. ¾ Resultados del circuito 3 AP centro. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.10.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.10.. Gráfica 3.10 caídas de voltaje del circuito 3 AP centro.. Tabla 3.10 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito 3 AP centro. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 1.2.45. 3.733. 196.0. 12. 8.99%. 11.23%. 94.2%. 5.8%.

(56) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 45. ¾ Resultados del circuito 4 AP centro. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.11.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.11.. Gráfica 3.11 caídas de voltaje del circuito 4 AP centro. Tabla 3.11 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito 4 AP centro. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energia. Peor voltaje (V). Caida de tension. (MWh/año). (V). 2.604. 7.495. 191.0. 17. 12.9%. 15.48%. 92%. 8%. ¾ Resultados del circuito 5 AP centro. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.12.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.12.. Gráfica 3.12 caídas de voltaje del circuito 5 AP centro..

(57) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS DE ALUMBRADO PÚBLICO.. 46. Tabla 3.12 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito 5 AP centro. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). Caída de tensión (V). (MWh/año). 0.691. 2.403. 199.3. 9. 7.39%. 10.70%. 95.7%. 4.3%. ¾ Resultados del circuito 6 AP centro. Como podemos apreciar el ESEC2.0 nos brinda los siguientes parámetros de salida las caídas de voltaje por cada poste se pueden apreciar en la gráfica 3.13.y las pérdidas de potencia y energía se muestran en la en la tabla 3.13. Gráfica 3.13 caídas de voltaje del circuito 6 AP centro. Tabla 3.13 Pérdidas de potencia y energía y peor voltaje del circuito 6 AP centro.. Pérdidas de potencia (kW). Pérdidas de energía. Peor voltaje (V). (MWh/año). Caída de tensión (V). 0.275. 0.865. 204.7. 3.3. 4.90%. 6.41%. 98.4%. 1.6%.