Análisis comparativo de parámetros generales entre las lámparas de alumbrado público (página 2)

Fuente: Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Catalunya.

Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa.

c) LÁMPARAS DE ESTADO SÓLIDO

• Lámparas de arreglo de LED. Los LED son básicamente pequeñas ampolletas que se ajustan en un circuito electrónico, y que desprenden luz debido al movimiento de electrones en un material semiconductor. Un diodo es el dispositivo semiconductor más simple que existe. Se construye uniendo una sección de un material cargado positivamente, con otra de material cargado en forma negativa, y con electrodos en cada extremo, para que de esta forma conduzcan electricidad (en la forma de electrones moviéndose libremente) en una dirección cuando se aplique voltaje al diodo. Los electrones se mueven en una serie de órbitas fijas alrededor del núcleo de los átomos. Cuando un electrón absorbe energía extra del voltaje introducido, salta a una órbita superior, y cuando regresa a la órbita inferior, emite la energía extra en forma de fotón.

A diferencia de los diodos comunes, en los que el material semiconductor absorbe la mayor parte de la energía lumínica antes de que ésta sea liberada, los LED están hechos para emitir una gran cantidad de fotones. 

El color de la luz de un LED obedece a la cantidad de energía en ese fotón. A su vez, la cantidad de energía  dependerá del material utilizado para las capas. En la figura 1.16 se pueden observar los espectros de diferentes lámparas de LED dependiendo del material de su construcción.

Figura 1.16 Espectros posibles de lámparas LED dependiendo del material utilizado.

Fuente: Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Catalunya.

La luz de un LED es direccional, por lo que se puede ajustar en la dirección que se requiera. No contienen ningún material peligroso, como mercurio, al contrario de las ampolletas eficientes. Gracias a la alta calidad de los materiales que lo componen y a su larga vida útil requieren ser reciclados menos a menudo.

Los LED de color cubren todo el espectro de colores de luz visible, lo que ofrece al mercado innumerables posibilidades como se ve en la figura anterior. Además, poseen un alto índice cromático, gracias a lo cual los colores se ven más naturales. En la figura se puede observar la construcción de un LED usado para lámparas de alumbrado público.

El tiempo medio de vida de una lámpara de LED para alumbrado público oscila entre 80.000 y 100.000 horas. La última tecnología de LED de montaje superficial y gran flujo luminoso están por encima de 100.000 horas.

Figura 1.17 Construcción interna de un LED común usado en alumbrado público.

Fuente: Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Catalunya.

Una lámpara de LED está compuesta de varias hileras de LED dependiendo del nivel de iluminación que se requiera. Las variaciones que se deben hacer son: número de LED y potencia de la fuente regulada de voltaje, de resto el esquema funcional es idéntico para reemplazar cualquier lámpara de otra tecnología de la potencia requerida. En la figura 1.18 se puede ver un diagrama de la eficiencia energética de una lámpara de LED.

Figura 1.18 Balance energético de una lámpara de LED.

Fuente: Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Catalunya.

Dentro de las ventajas conocidas de la tecnología LED están el ahorro de entre un 75% y un 90% en consumo energético, sin sacrificar intensidad lumínica, no generan rayos UV ni IR, libres de mantenimiento y menor costo a largo plazo. La tecnología de construcción de LED ha venido mejorando con el tiempo y ya se pueden conseguir LED de menor tamaño, mejor rendimiento y menores costos. En la figura 1.19 se puede observar una lámpara común de LED con sus principales componentes funcionales y las medidas típicas para una lámpara de un poste de 150W.

Figura 1.19 Lámpara de tecnología LED con sus principales componentes.

Fuente: Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Catalunya.

El color preferido para la iluminación es el blanco debido a que da una mejor perfilación y una definición de colores mucho mayor a las de los demás colores del espectro, además, dentro de la mayoría de normas a nivel mundial los colores usados son blanco y amarillo.

En la ciudad de Ibagué se encuentran principalmente las lámparas de vapor de sodio de alta presión y se están introduciendo las de tecnología LED. En la actualidad no se ha llevado a cabo ningún estudio que compare las dos principales tecnologías utilizadas teniendo en cuenta los parámetros principales como: potencia, consumo, niveles de iluminación, calidad de iluminación, costos, entre otros.

Un estudio serio en este sentido es importante para poder tener herramientas que le ofrezcan asidero para la elección de una u otra tecnología a los entes que manejan el alumbrado público en la ciudad, ya que es de obligatorio cumplimiento, según la normatividad vigente, el elegir la opción más eficiente en todos los sentidos.

1.6 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Para hacer la comparación de las tecnologías entre las lámparas de vapor de sodio y las de tecnología LED se pueden aplicar diferentes métodos como alternativa de solución, como son:

• Estudiar los datos de placa de los fabricantes de cada una y hacer comparación punto a punto.

• Pedir los datos a las entidades gubernamentales encargadas del alumbrado público.

• Recopilar información in situ de datos que permitan hacer una comparación objetiva entre cada una de ellas.

• Usar ecuaciones de costos, niveles de iluminación y demás, ya dados, y realizar los cálculos necesarios y concluir de acuerdo a sus resultados.

• Tomar imágenes en video y fotografía para hacer comparaciones de niveles de iluminación y calidad de la misma.

• Aplicar encuestas sobre calidad de iluminación a los usuarios finales.

• Hacer extrapolaciones de estudios realizados en España, Bogotá y México que han observado variables similares. [14, 15, 16]

1.7 SELECCIÓN DE LA MEJOR ALTERNATIVA

La alternativa escogida para el presente estudio fue la de hacer una comparación directa de parámetros entre las dos principales tecnologías de iluminación utilizadas actualmente en la ciudad de Ibagué teniendo en cuenta todas las alternativas posibles de solución mencionadas anteriormente y usando para ello mediciones directas, análisis de curvas ISOLUX, datos estadísticos proporcionados por INFIBAGUÉ, toma de imágenes, construcción de cuadros comparativos, uso de datos de placas de las lámparas, comparación histórica, mediciones indirectas y uso de ecuaciones. Las principales razones de hacer la comparación entre las lámparas de vapor de sodio y las de tecnología LED usando todas las alternativas de solución, son las siguientes:

• Aún no se han llevado a cabo estudios de ningún tipo en la ciudad de Ibagué que permitan determinar si se cumple o no con los principales parámetros en alumbrado público contenidos en las normas vigentes.

• La necesidad de establecer cuál de las dos tecnologías es más eficiente en el cumplimiento de los parámetros principales de iluminación puesto que es una política de Estado el uso racional y eficiente de la energía y la implementación de las tecnologías o sistemas que lleven a la consecución de esta meta.

• En la industria de la iluminación los datos que se tienen son dados por los fabricantes y se debe tener presunción de buena fe de que los datos que ofrecen son reales y hasta el momento no se han constatado si son realmente confiables.

• Mediante el uso de todos los procedimientos mencionados se pueden obtener resultados reales y muy precisos que pueden ser utilizados en cualquier momento bien sea por las entidades prestadoras del servicio de alumbrado público, en este caso INFIBAGUÉ, como por universidades y otras instituciones educativas de la región y el país, y por empresas interesadas en entrar en el mercado de la iluminación en la ciudad.

• El hecho de realizar mediciones directas permite confrontar de primera mano los resultados experimentales con los dados por el fabricante y así constatar la veracidad de sus afirmaciones que se podrían extrapolar hacia otros productos suyos en casos específicos.

Fundamentos del alumbrado público

2.1 INTRODUCCIÓN

Según el RETILAP, se puede definir el servicio de alumbrado público como "el servicio público no domiciliario que se presta con el objeto de proporcionar exclusivamente la iluminación de los bienes de uso público y demás espacios de libre circulación con tránsito vehicular o peatonal, dentro del perímetro urbano y rural de un Municipio o Distrito. El servicio de alumbrado público comprende las actividades de suministro de energía al sistema de alumbrado público, la administración, la operación, el mantenimiento, la modernización, la reposición y la expansión del sistema de alumbrado público". También hace una diferenciación específica sobre los lugares que se excluyen cuando dice en su parágrafo que "la iluminación de las zonas comunes en las unidades inmobiliarias cerradas o en los edificios o conjuntos residenciales, comerciales o mixtos, sometidos al régimen de propiedad respectivo, no hace parte del servicio de alumbrado público y estará a cargo de la copropiedad o propiedad horizontal. También se excluyen del servicio de alumbrado público la iluminación de carreteras que no estén a cargo del Municipio o Distrito".

Principalmente, el estudio del alumbrado público se ocupa de:

• La cantidad, entendiendo como tal el valor del nivel de iluminación, en condiciones normales.

• La calidad, es decir, el confort visual ambiental, a menudo difícil de establecer y en el que la experiencia del diseñador es clave para su establecimiento.

• La eficiencia energética, que depende del consumo de energía y del tiempo de uso.

• La economía y ahorro, que están dados por el costo de uso, mantenimiento e instalación y que, además, va ligado con la vida útil.

2.2 TIPOS DE CLASIFICACIÓN PARA ALUMBRADO PÚBLICO

La identificación y clasificación de las vías es el primer paso para la realización del análisis del alumbrado ya que será la que indique las necesidades del mismo dependiendo de la funcionalidad de la misma.

De acuerdo al tipo de lámparas que se tienen en cuenta en el presente estudio, que son las de 70W de vapor de sodio o su equivalente en LED, se tendrán en cuenta las siguientes condiciones que vienen dadas por el RETILAP y que involucran tanto el tipo de circulación de vehículos, la anchura de la calle, la altura de los postes, nivel de luminosidad, separación, tipo de superficie de la vía y demás. En el caso de interés, se tiene en cuenta el nivel de iluminación y la altura del poste que influyen en la calidad de la iluminación dada por cada tecnología.

En las siguientes tablas se muestran los requisitos exigidos por la ley para el segmento de las lámparas de 70W o equivalentes dependiendo del tipo de vía.

Los criterios que se deben tener en cuenta para asignar una clasificación de iluminación están asociados a las características de las vías, siendo las principales: la velocidad de circulación y el número de vehículos. Toda vía caracterizada con estas dos variables se les asignará un tipo de iluminación conforme a la Tabla 2.1.

Tabla 2.1 Clases de iluminación para vías vehiculares.

Fuente: RETILAP.

Otros factores a tener en cuenta son la complejidad de la circulación, controles del trafico tipos de usuarios de las vías y existencia de separadores. En tal sentido y por criterios de uso racional y eficiente de energía, una vía podrá disponer, en ciertas horas, de un alumbrado con clasificación inferior a la resultante de la aplicación de la tabla 2.1, utilizando la Tabla 2.2.

En el mismo sentido, de acuerdo con las condiciones de control de tráfico y de existencia de separación de diferentes usuarios en la vía, también podrá usarse una clase de iluminación diferente. Las condiciones para disponer de dos clases de iluminación en una vía o su cambio como criterio inicial de diseño se establecen en la Tabla 2.2.

En estas dos tablas se muestran los diferentes tipos contemplados en el RETILAP y estas clasificaciones sirven para tener en cuenta todos los diferentes parámetros que más adelante se tendrán en consideración a la hora de definir los niveles de iluminancia, flujo, consumo y demás.

Tabla 2.2. Variación en las clases de iluminación por tipo de vía, complejidad de circulación y control del tráfico.

Fuente: RETILAP.

Teniendo en cuenta las dos tablas anteriores, la ubicación de las lámparas del presente estudio se podría tener en el nivel M5 por ser una vía secundaria, de baja circulación, poca importancia, generalmente en buen estado.

Otro ítem de iluminación para tener en cuenta es el que tiene que ver con la circulación de peatones y ciclistas. La iluminación de estas áreas debe garantizar que los peatones y ciclistas puedan distinguir la textura y diseño del pavimento, la configuración de bordillos, escalones marcas y señales; adicionalmente debe ayudar a evitar agresiones al transitar por estas vías. En la Tabla 2.3 se presentan las siete clases de iluminación para diferentes tipos de vías en áreas peatonales.

Tabla 2.3. Clases según tipos de vías en áreas peatonales y de ciclistas.

Fuente: RETILAP.

Las clases de alumbrado establecidas en la Tabla 2.3, consideran las necesidades asociadas a toda la superficie utilizada, es decir, la superficie de la acera y de la calzada, en caso que exista.

Cuando se haya establecido que en determinadas zonas se ha incrementado o se pueda incrementar la criminalidad o resulte necesaria la identificación de las personas, objetos u obstáculos, la clase de iluminación podrá ser uno o dos grados superior a la resultante de aplicar la tabla.

Según las necesidades y el alcance del presente estudio, el tipo de calzada que se tuvo en cuenta es la P4, que es de baja utilización nocturna por parte de peatones y ciclistas, únicamente asociada a las propiedades adyacentes. Esto tiene que ver con el bienestar de los ocupantes de las residencias que se encuentran adyacentes a la ubicación de las lámparas y que no deben soportar contaminación ni incomodidades de parte de estas.

Otro tipo de clasificación que se encuentra dentro del RETILAP y que se utiliza para clasificar el tipo de vía y los valores de sus parámetros principales es el del tipo de material en que está construida la vía. Teniendo en cuenta este ítem, podemos ver los valores exigidos en la tabla 2.4.

Tabla 2.4. Designación aproximada de superficies en las clases típicas.

Fuente: RETILAP.

Conocidas las características de las vías y sus requerimientos visuales, se deberá asignar la clase de iluminación necesaria. A cada clase de iluminación se le establecen los requisitos fotométricos mínimos mantenidos a través del tiempo, los cuales se condensan en la Tabla 2.5 para iluminancia, cuando este es el criterio aplicado. Los valores son para piso seco.

Tabla 2.5. Requisitos fotométricos mantenidos por clase de iluminación para tráfico motorizado con base en la iluminancia en luxes de la calzada.

Fuente: RETILAP.

Teniendo en cuenta las clasificaciones de las vías según su nivel de circulación, su importancia, tipo de material de construcción, estado actual de las vías y clase de iluminación, se tiene que para el caso presente las lámparas se ubican de la siguiente manera descrita a continuación:

• M5, según la descripción de las vías y el tipo de transito que por ellas circula.

• P4, teniendo en cuenta una baja circulación de ciclistas y peatones en horario nocturno y una baja afectación a construcciones adyacentes.

• Entre R2 y R3, considerando la construcción de las vías, que en general, son de asfalto, rugoso.

De acuerdo a la clasificación realizada de las vías tenidas en cuenta en el presente estudio, se procedió a la realización de la medición de iluminancia sobre cada una de las lámparas en estudio. El documento del RETILAP se encuentra consignado en el ANEXO A.

2.2.1 Mediciones fotométricas de alumbrado público. Una vez que se tiene determinado el sitio donde se van a llevar a cabo las mediciones de alumbrado público y después de al menos 100 horas de funcionamiento de las bombillas nuevas, se debe verificar el diseño de proyecto de alumbrado público mediante la medición de iluminancia y su comparación con los valores ofrecidos en el diseño fotométrico del proyecto.

La medición de luminancia se debe hacer para confrontar los datos teóricos obtenidos con la clase de superficie de calzada normalizada adoptada en el diseño fotométrico. Los valores reales medidos para las vías permitirán crear una base datos, donde con el tiempo se puedan hacer ajustes a las matrices normalizadas del factor R que se aproximen de mejor forma a las superficie de las calzadas de las vías existentes en el país. Para lo cual se debe seleccionar un vano adecuado de medición.

Cuando el vano seleccionado es factible de ser medido, los requisitos que debe reunir el vano a medir, la forma del marcado de la malla o grilla, la ejecución de las mediciones y el cálculo de los parámetros de se definen a partir de los datos obtenidos en las mediciones. El procedimiento incluye la evaluación de los casos especiales y de las vías peatonales, en ellas determina la forma de marcación del vano y los parámetros de calidad a ser evaluados.

Cuando la medición no sea técnicamente apropiada ó involucra mucho riesgo, la evaluación se define a partir de cálculos de cada uno de los parámetros de calidad por medios informáticos y de la verificación en campo de la operatividad de las unidades de alumbrado en el vano y de la configuración de la instalación.

2.2.1.1 Evaluación del vano seleccionado para las mediciones. Teniendo en cuenta el RETILAP, los vanos a ser medidos deberán cumplir los siguientes requisitos:

1. No debe presentar obstáculos que obstruyan la distribución luminosa de las luminarias (árboles, automóviles estacionados, etc.).

2. El recubrimiento de las calzadas no debe presentar ondulaciones (presencia de baches pronunciados) que impidan la visualización de los puntos de medición ó la horizontalidad del medidor de iluminancia.

3. No estar ubicados en las zonas calificadas como altamente peligrosas desde el punto de vista delincuencial.

4. Estado de la calzada. Deberá estar seca para la medición.

5. Estar libres de influencia de iluminación diferente al sistema a evaluar (vehicular o comercial).

2.2.1.2 Procedimiento de las mediciones. De nuevo, para llevar a cabo las mediciones con todas las condiciones técnicas, se deben tener en cuenta los parámetros dados en el RETILAP, así, todas las fuentes de luz que pertenezcan a la instalación de alumbrado que se va a medir deben ser visibles y estar encendidas, mientras que aquellas fuentes que no lo sean deben estar apagadas.

Para estar seguros de la confiabilidad de las mediciones se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Todos los instrumentos de medición deben estar calibrados.

• Se debe tener en cuenta los parámetros de diseño de la instalación y la correcta geometría de la misma: altura de montaje, avance, ángulo de inclinación de la luminaria, interdistancia, ancho de la vía, posición de la bombilla.

• Por medio de inspección visual se debe verificar que los accesorios eléctricos y la bombilla sean los adecuados para la luminaria.

• Verificar la tensión de alimentación en los bornes de la luminaria.

• Las luminarias deben estar en régimen normal de funcionamiento.

• Las bombillas deben estar nuevas con un envejecimiento mínimo de 100 horas.

• El conjunto óptico de la luminaria debe estar limpio.

• En lo posible, se debe eliminar el efecto de las fuentes luminosas ajenas al sistema analizado que puedan causar errores en la medición, tales como avisos luminosos, faros de automóviles, etc.

• Evitar las mediciones cuando el piso está mojado, porque pueden presentarse reflexiones que introducen errores. El personal que interviene en las mediciones no debe producir sombras en el campo de medición, ni bloquear la luz hacia el aparato de medición.

Habiendo tenido en cuenta los anteriores puntos y listos para la medición de la iluminancia, se deberán tener en cuenta otros aspectos relacionados a continuación:

a. Área de evaluación: El área de evaluación de las mediciones será el tramo o vano seleccionado de la vía, teniendo en cuenta lo especificado en esta guía.

b. Ubicación del sensor: El sensor o fotocelda del fotómetro o luxómetro será colocado a una altura máxima de quince centímetros (0,15 m), en posición horizontal.

C. Ubicación del punto a medir: El dispositivo con el sensor es colocado por el operario sobre el punto inicial marcado sobre el vano o tramo a medir. La persona encargada de realizar la medición: registrará la lectura obtenida en el luxómetro. Cada punto marcado en el vano será medido de igual forma.

d. Cuidados en la Medición: Antes de iniciarse la medición la persona encargada, debe calibrar el luxómetro de acuerdo con su manual de funcionamiento y verificar que esté funcionando correctamente. Igualmente debe verificar el estado de la luminaria, la tensión de red, inclinación de la luminaria y el brazo, fijación de la luminaria al brazo, posición de la bombilla y avance de la luminaria sobre el área considerada.

La persona encargada de colocar el dispositivo con el sensor sobre el punto a medir, debe asegurarse de no interferir sobre el sensor para no crear sombras sobre el mismo y obstruir la distribución luminosa. La persona encargada de la medición antes de realizar la lectura, debe esperar que ésta se estabilice en la pantalla del luxómetro.

2.2.1.3 Realización de las mediciones. Conociendo los diferentes elementos que se deben tener en cuenta al momento de obtener las mediciones de los datos de iluminancia se procedió a realizar las mediciones y para la presentación de los resultados se tuvieron en cuenta las recomendaciones dadas en el RETILAP. Estas recomendaciones son:

a. Localización del sitio de la medición

b. Fecha y hora de la medición

c. Descripción detallada del sistema de iluminación en el que se incluye: tipo de luminaria, altura del montaje, interdistancia entre postes, avance, inclinación de la luminaria, disposición y condiciones de los alrededores.

d. Gráfico de la vía en planta y corte con las características de la instalación

e. Condiciones eléctricas de operación.

f. Condiciones de operación de las luminarias

g. Condiciones atmosféricas.

h. Tabla de datos medidos en el sitio

i. Descripción de los instrumentos utilizados

j. Nombre de los participantes en la medición.

Los datos principales de la medición y los aspectos y proceso de medición se presentan en el ANEXO B.

De acuerdo a los datos obtenidos luego de la medición de nivel de iluminación o iluminancia utilizando el luxómetro se puede observar que los dos tipos de lámparas en estudio entran dentro del nivel de iluminancia requerido por las normas técnicas consignadas en el RETILAP y el NTC-900, presentándose un leve mejor desempeño por parte de la tecnología LED, pero esta variación cae dentro del porcentaje de rendimiento y es insignificante por lo que se toman como de igual rendimiento las dos tecnologías. Estos datos se pueden observar en la tabla 2.6. En el ANEXO C se pueden ver el NTC y la ley reglamentaria.

Tabla 2.6 Mediciones de iluminancia para las lámparas de vapor de sodio y para LED.

Fuente: Autor.

El sitio de medición se encuentra ubicado en la calle 37A #6-69 barrio Villa Teresa como se puede ver en la figura 2.1, en la ciudad de Ibagué

Figura 2.1 Ubicación del sitio de medición y ruta a INFIBAGUÉ.

Fuente: Google maps.

A partir de la instalación de las lámparas se vinieron tomando diversas mediciones de iluminancia pero las mediciones finales fueron obtenidas el día 5 de octubre de 2011 a las 8:30 de la noche para que las lámparas hubieran tenido un tiempo necesario de encendido, y en el caso de las de sodio, de calentamiento de su sistema de iniciación y estuvieran en la curva máxima de rendimiento luminoso.

Los tipos de lámparas a los que se les realizaron las mediciones son de tipo de vapor de sodio y de tecnología LED. La lámpara de vapor de sodio es de tipo de alta presión, de 70W de potencia y de tipo común, con balasto, transformador e iniciador, todo montado en una carcasa de aluminio de medidas reglamentarias para esta potencia. La lámpara de tipo LED es de 29W equivalente 70W de potencia, fuente regulada y 12 LED"s en su montaje y que también va montada en una carcasa de aluminio de especificaciones técnicas de norma. Se pueden ver los dos tipos de lámparas que se utilizaron en las figuras 2.2 y 2.3.

Figura 2.2 Lámpara de vapor de sodio de 70W utilizada en el estudio con sus componentes principales y descripción de carcasa.

Fuente: Autor.

Figura 2.3 Lámpara de LED de 29W utilizada en el estudio con su respectiva carcasa y componentes.

Fuente: Autor.

Los datos técnicos de cada una de estas lámparas (specsheet o datasheet) se puede observar en el ANEXO D y allí mismo se encuentran las consideraciones técnicas de la carcasa para su montaje.

Ambos tipo de lámparas inician su encendido mediante el uso de fotoceldas. Están montadas sobre postes reglamentarios de 6 metros de altura con una separación o interdistancia de 12 metros, una inclinación de lámpara sobre la horizontal de 5º, con un avance sobre la calle de 1.5 metros, con condiciones de pavimento rugosas en asfalto, como están descritas anteriormente.

Las condiciones de operación de las lámparas están dadas por el tipo de calle y el número de horas de utilización, siendo así, que están ubicadas en sector residencial, con bajo transito, principalmente peatonal, con transito o tipo de vía secundaria y con una utilización del 0.5, esto es, de 12 horas diarias, de 6 de la tarde a 6 de la mañana.

Las condiciones atmosféricas para la operación de las lámparas son principalmente constantes con temperaturas que oscilan entre 15º y 35º a lo largo de todo el día. Durante el transcurso del año se presentan generalmente dos estaciones perfectamente diferenciadas: lluvia y verano. Las lluvias se presentan durante 90 días al año en promedio (año con condiciones normales) y, mayormente, con condiciones de clima seco el resto del año.

En la tabla 2.6, mostrada previamente, se muestran los datos que se tomaron y que están contrastados con los datos que se presentan en el RETILAP como valores mínimos necesarios para su funcionamiento. También se muestra en la tabla el consumo de cada una de las lámparas según sus datos de placa, el índice de uniformidad dado por la relación entre la iluminancia promedio y la iluminancia mínima medida en el sitio y la referida en el RETILAP, tipo de superficie sobre la que se realizó la medida y la clase de vía.

Para la toma de datos y según lo exigido por el Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público, se utilizó un luxómetro de la marca MLM-1010, debidamente calibrado en un laboratorio de metrología de Bogotá y con un rango de medición de hasta 50.000 luxes que es lo de norma para el territorio colombiano. Todos los datos del luxómetro se ven también en el ANEXO E.

Para una mejor comprensión del proceso de medición y para conservar el registro se tomaron videos del momento de la toma de las mediciones y estos también se referencian en el mismo anexo. Todos los datos y medidas fueron tomados personalmente y los instrumentos fueron mandados a calibrar para este estudio y revisados por el jefe de alumbrado público de INFIBAGUÉ.

En la figura 2.4 se ve el luxómetro utilizado.

Figura 2.4 Luxómetro utilizado en el estudio.

Fuente: Autor.

2.3 ÍNDICE DE REPRODUCCIÓN CROMÁTICA

El Índice de reproducción cromática o CRI (por sus siglas en inglés), expresado en valores del 0 al 100%, es una medida de la fidelidad con la que una determinada fuente de luz reproduce los colores a la vista de los ojos humanos, y cómo de bien se revelan sutiles variaciones de color en los objetos iluminados. Las luces con un CRI elevado son las que mejor reproducen el color de los objetos, y así fuentes con un CRI del 100% serían las que reproducirían fielmente los colores de los objetos sometidos a su luz.

Esta es una característica importante de las fuentes de luz en aplicaciones como la fotografía o el cine, pero también en aquellos casos donde sea necesario mostrar un producto adecuadamente, como en tiendas de moda, joyerías, etc. y en general en este tipo de aplicaciones no son aceptables fuentes de luz con CRI"s inferiores al 80%.

Un error común es la creencia de que ambos, la temperatura de color y el índice de reproducción de color, describen las mismas propiedades de una lámpara. La temperatura de color describe la apariencia del color de la luz emitida. El índice de reproducción del color, por el contrario, describe cómo de bien esa misma luz representa el color en los objetos iluminados.

De cualquier modo, las dos métricas están interconectadas, y para comparar el CRI de la luz de dos lámparas dadas, y necesariamente para que la comparación sea significativa, ambas lámparas habrán de tener la misma temperatura de color. Las lámparas incandescentes disfrutan de un CRI del 100%. Las lámparas fluorescentes están en el rango del 52 al 95% y las de halogenuros metálicos en el mismo rango.

En las lámparas LED este es un índice que ha de considerarse ya que hay una dispersión importante entre las soluciones digamos que baratas y las profesionales. En productos profesionales fácilmente se encuentran CRI"s del 80 o 85% por lo que no hay problemas para su utilización en aplicaciones donde la fidelidad de los colores es fundamental, de hecho, y de experiencias reales se parece haber concluido que los test de CRI convencionales no son idóneos para la iluminación LED, que a modo de percepción de los colores por el ojo humano parece ser que mejora respecto a las soluciones convencionales con un mismo CRI, por lo que organismos internacionales ya están desarrollando un nuevo método de test que considere estas diferencias.

2.3.1 Normatividad sobre reproducción cromática. De acuerdo a lo contenido en el RETILAP, para la clasificación de las bombillas en función de su Índice de Reproducción Cromática (Ra o CRI), se deben aplicar los valores la Tabla 2.7.

Tabla 2.7. Clasificación de las fuentes luminosas de acuerdo con su Índice de reproducción del Color.

Fuente: RETILAP.

Para las lámparas de tecnología tipo LED, el RETILAP aún no considera valores críticos de CRI, pero para las nuevas tecnologías, propone CRI"s mayores a 85% y hasta 95%. Los LED de alta potencia, que son los utilizados en alumbrado público, emiten una luz con una temperatura de color del orden de 5500º K, "más fría" que la luz emitida por las lámparas incandescentes, brindando un índice CRI entre 85% y 95%, como se mencionó anteriormente. Este valor es muy próximo al exhibido en la luz solar y superior a las fuentes fluorescentes, lo que ofrece una representación de color excelente de los objetos iluminados. Para que la luz de un LED se asemeje a la que estamos acostumbrados de las fuentes tradicionales es preciso utilizar filtros que rebajan su temperatura de color y también su rendimiento.

Los desarrollos tecnológicos actuales y los estándares en fuentes de iluminación permiten determinar fácilmente las características de reproducción cromática y temperatura de color, la tabla 2.8 da una orientación al respecto.

Tabla 2.8 Tipos de fuentes luminosas en función de sus características de temperatura de color e índice de reproducción cromática.

Fuente: RETILAP.

2.3.1.1 Determinación del índice de reproducción cromática. La obtención de este indicador de calidad se obtiene como una nota descendente desde un punto máximo de referencia. 100 significa que todos los colores se reproducen perfectamente (lo que significa que los colores de los objetos iluminados con este tipo de luz serán muy próximos a los que se verán con luz natural) y, conforme se va alejando de esta referencia se pueden esperar mayores dispersiones en todos los colores disminuyendo la calidad en la percepción.

Al momento de hacer la contrastación se utiliza una bandeja con diferentes colores con su descripción escrita si se quiere y se toma una primera imagen con luz natural. Luego, utilizando la misma bandeja de colores, se toman diferentes imágenes bajo las lámparas que se quieran comparar bajo las mismas consideraciones de distancia de medición, hora, lugar y equipo de toma de imágenes.

La pérdida de calidad de la percepción de los colores y la perfilación de los mismos van indicando un descenso en la escala de rendimiento cromático y dando un valor menor de CRI. En la figura 2.5 se puede observar la bandeja de colores que se utilizó en el presente caso para la contrastación.

FIGURA 2.5 Bandeja de colores utilizada para contrastación de índice de reproducción cromática. Imagen al mediodía para control.

Fuente: Autor.

2.3.1.2 Toma de datos para la determinación del índice de reproducción cromática. Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores sobre la determinación del índice de reproducción cromática, el procedimiento que se siguió para la toma de imágenes para determinar este índice fue el siguiente:

a. Ubicar la zona donde se van a realizar las mediciones.

b. Ubicar la bandeja de colores con los nombres de cada uno de ellos escrito en su superficie.

c. Tomar una imagen de la bandeja al mediodía con luz natural plena en el lugar indicado.

d. Tomar imagen en el mismo lugar en la noche luego de que las lámparas estén en su rendimiento total.

e. Realizar las mismas mediciones para cada uno de los tipos de lámparas involucrados en el estudio.

Para determinar el índice de reproducción cromática se tuvieron en cuenta las imágenes obtenidas para cada una de las lámparas luego de un tiempo de encendido prudencial para que estén en su máximo rendimiento luminoso y que se muestran en las figuras 2.6 y 2.7, que se pueden ver a continuación y que se contrastan con la imagen obtenida con luz natural para la misma bandeja de colores.

Figura 2.6 Rendimiento de lámpara de vapor de sodio contra control.

Fuente: Autor.

Figura 2.7 Rendimiento de lámpara LED contra control.

Fuente: Autor.

De acuerdo con los datos de placa de cada una de las lámparas se tiene que para la lámpara de vapor de sodio el CRI es de 25 y para la de LED de 74. De acuerdo a lo que se ve en las figuras anteriores se puede corroborar que estos datos corresponden a la realidad y que las lámparas de LED presentan una mejor reproducción del color que las de vapor de sodio de alta presión. Todas las imágenes tomadas a las lámparas se referencian en el ANEXO F.

2.4 CONSUMO DE ENERGÍA

El consumo depende de la potencia y de las horas de uso de cada equipo. La potencia es la capacidad que tiene un equipo eléctrico para poder funcionar o realizar su trabajo, o para decirlo de otra manera, es la cantidad de energía que requiere un equipo para poder funcionar. El consumo de las lámparas de alumbrado público generalmente se da en valores de kilovatios (kW) pero se traduce a valores de consumo de energía que se presentan en forma de kilovatios-hora (kWh).

El consumo de energía en el alumbrado público se determina teniendo en cuenta la carga útil instalada que depende del número de luminarias, la potencia de cada una de ellas, el factor de utilización, factor de mantenimiento, número de días y otros factores determinados por el prestador del servicio, en este caso INFIBAGUÉ.

2.4.1 Reglamentación del uso eficiente de la energía. El gobierno nacional de la República de Colombia mediante decreto 3450 de 12 de septiembre de 2008 creó el Programa de Uso Racional y Eficiente de la Energía y demás Formas de Energía No Convencionales, PROURE, que menciona: "Que el objetivo fundamental de la Ley 697 de 2001 y su Decreto Reglamentario 3683 de 2003, es promover el uso racional y eficiente de la energía y demás formas de energía no convencionales, de tal manera que se tenga la mayor eficiencia energética para asegurar el abastecimiento energético pleno y oportuno, la competitividad de la economía colombiana, la protección al consumidor y la promoción de fuentes de energía no convencionales, de manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales". [6]

De acuerdo con lo anterior, el mismo decreto dice que: "En el territorio de la República de Colombia, todos los usuarios del servicio de energía eléctrica sustituirán, conforme a lo dispuesto en el presente decreto, las fuentes de iluminación de baja eficacia lumínica, utilizando las fuentes de iluminación de mayor eficacia lumínica disponibles en el mercado".

2.4.1.1 Procedimiento para la obtención del consumo de las lámparas. Para determinar el consumo de las lámparas de este estudio se siguieron los siguientes pasos:

a. Determinación del consumo de cada lámpara. Para las lámparas de vapor de sodio se tuvieron en cuenta los valores de consumo dados por INFIBAGUÉ, que es el ente que ofrece el servicio de alumbrado público en Ibagué y que cuenta con medidores en sus instalaciones. Además, INFIBAGUÉ también brindó los datos de consumo teórico y real para un mejor análisis. La empresa no permitió ubicar un medidor en las lámparas de sodio en estudio pero los datos ofrecidos son oficiales y de toda confianza. Para las lámparas LED se ubicó un medidor de energía a una de las lámparas a ser estudiadas y luego de 3 meses de haberlo ubicado se tomaron los datos y se tabularon para obtener el consumo. Se tomaron los datos luego de este tiempo para permitir que las lámparas tomaran un consumo definitivo que se da en promedio luego de 1000 horas de vida.

b. Número de lámparas. Estos datos también fueron brindados por INFIBAGUÉ. Se obtuvo el total de lámparas de 70W de vapor de sodio y equivalentes de LED.

c. Obtención de la carga útil. Para determinar la carga útil se necesita aplicar la siguiente ecuación:

d. Determinación del consumo total de energía. Para la obtención de este otro dato se aplica la ecuación:

e. Determinación del costo mensual de la energía. Mediante los datos obtenidos anteriormente se puede obtener el consumo mensual (en pesos) de alumbrado público en la ciudad de Ibagué.

f. Tabulación de resultados. Para una mejor visualización de los resultados obtenidos y para poder realizar una mejor comparación entre los consumos de las lámparas, se tabularon los datos obtenidos.

2.4.1.2 Toma de datos de consumo. Siguiendo los pasos mencionados en el punto anterior, se procedió a la toma de datos de consumo así:

a. Determinación del consumo de cada lámpara. Se tuvieron los siguientes resultados:

Lámparas de vapor de sodio de 70W: Para estas lámparas el valor real de consumo fue de 86W, esto principalmente debido al consumo de los balastos, iniciadores y transformadores que componen la luminaria. Este dato fue brindado oficialmente por el jefe de alumbrado público de INFIBAGUÉ.

Lámparas de LED de 29W: Estas lámparas presentaron un consumo de 31W, este aumento del consumo se debió al mismo medidor utilizado para obtener los datos. En la figura 2.8 se pueden observar los datos del medidor al inicio del estudio y luego al final después de más de 1000 horas de vida. El tiempo fue de 136 días correspondientes a 1.632 horas.

Figura 2.8 Medidor de energía de la lámpara de LED al inicio y al final del estudio.

Fuente: Autor.

b. Número de lámparas. El número de lámparas de 70W en la ciudad de Ibagué es de 20.359 en el área urbana y de 2.459 en la zona rural.

c. Obtención de la carga útil. Aplicamos la ecuación con los siguientes datos:

d. Determinación del consumo total de energía. Con los datos brindados aplicamos la siguiente ecuación así:

e. Determinación del costo mensual de la energía. Luego de obtener el resultado del consumo total con el valor del kilovatio-hora obtenemos el consumo mensual en pesos en la ciudad de Ibagué por parte del alumbrado público en las lámparas de 70W.

Valor del kilovatio-hora= $321.94

f. Tabulación de resultados. Luego de la obtención de los datos de consumo en kilovatios-hora se procedió a ubicarlos en la tabla 2.9. También se ubicaron los datos del consumo mensual en pesos de las mismas lámparas en la tabla 2.10.

Tabla 2.9 Consumo de las lámparas de 70W y equivalentes LED de 29W en Ibagué.

Fuente: Autor.

Tabla 2.10 Costo del alumbrado público en lámparas de 70W en Ibagué.

Fuente: Autor.

Como se puede observar en los cálculos realizados y en los datos mostrados en las tablas, el consumo de las lámparas de vapor de sodio es mayor al que presentan las lámparas de LED. En lo que tiene que ver con los datos teóricos o de placa, las lámparas de LED presentan un consumo 41.42% menor que las de vapor de sodio de potencia y características equivalentes.

En lo que tiene que ver con los datos de consumos reales de las lámparas se nota un mayor ahorro de consumo de energía de las lámparas tipo LED con respecto a las de vapor de sodio de alta presión. El consumo en este caso es del 36.04% de las LED con respecto a las de vapor de sodio. En números, existe un ahorro mensual en factura de energía de $140"632.777 y un ahorro anual de $1.687"593.324. Este es un ítem muy importante pues no sólo se nota un ahorro muy grande en la parte económica que lleva a una destinación del presupuesto ahorrado en ampliación de cobertura y mejoramiento de tecnología, sino que además se cumple con los objetivos del Programa de Uso Racional de la Energía.

Todos los datos que tienen que ver con la carga instalada y el consumo como son: factor de utilización, factor de mantenimiento, eficiencia, número de lámparas, valor del kilovatio-hora, se encuentran consignados en el ANEXO G, con las tablas dinámicas para obtener los consumos por mes y con las cargas de las demás lámparas de otras potencias.

2.5 EFICACIA LUMÍNICA DE LA FUENTE

No toda la energía eléctrica consumida por una lámpara (bombilla, fluorescente, etc.) se transformaba en luz visible. Parte se pierde por calor, parte en forma de radiación no visible (infrarrojo o ultravioleta), etc. En la figura 2.6 se puede observar un diagrama del rendimiento luminoso.

Figura 2.9 Diagrama de rendimiento luminoso normal de las lámparas.

Fuente: Javier García Fernández, Oriol Boix. [12]

Según el RETILAP la eficacia lumínica de la fuente es la relación entre el flujo luminoso total emitido por una fuente luminosa (bombilla) y la potencia de la misma. La eficacia de una fuente se expresa en lúmenes/vatio (lm/W).

2.5.1 Normatividad sobre eficacia lumínica. De acuerdo al RETILAP, las características lumínicas de las lámparas de LED no están aún definidas y se toman para ellas las características mínimas de las demás lámparas en uso en la actualidad. Para contrastar de la mejor manera posible los resultados de las mediciones tomadas en el presente estudio, se tomaron como datos mínimos los mismos que los consignados para las lámparas de sodio de alta presión que son contra las cuales se compararon. En la siguiente Tabla 2.11, se pueden ver los requisitos mínimos exigidos por ley en cuanto a eficacia lumínica de las lámparas.

Tabla 2.11 Eficacia mínima para las lámparas de sodio a alta presión.

Fuente: RETILAP.

En este campo también se tiene en cuenta el decreto 3450 de 12 de septiembre de 2008, mencionado en el punto anterior, y las tecnologías que no cumplan con los requisitos: "A partir del 1° de enero del año 2011 no se permitirá en el territorio de la República de Colombia la importación, distribución, comercialización y utilización de fuentes de iluminación de baja eficacia lumínica". [3]

2.5.1.1 Realización de la comparación de eficacia. Al momento de realizar el análisis de la eficacia luminosa de cada una de las lámparas en estudio se llevaron a cabo los siguientes pasos:

a. Determinación del tipo y marca de cada lámpara en estudio. Las lámparas de vapor de sodio de alta presión son de la marca Philips de tipo SON-T con lámpara tubular y las lámparas de LED estudiadas son de la marca Bare Developments HTS series 9a de 12 bombillos. Los datos técnicos y sus características se encuentran consignados en el ANEXO B.

b. Luego de determinar el tipo y marca observar el consumo de cada una de ellas. Para la lámpara de vapor de sodio se tiene un consumo según su placa técnica de 70W y para la de LED de 29W.

c. A continuación se determina el flujo luminoso ofrecido por las lámparas. Las lámparas de sodio Philips SON-T presentan un flujo luminoso de 6000 lúmenes mientras que las de LED ofrecen un flujo de 2533 lúmenes. Estos datos son ofrecidos para un rendimiento del 100% de las lámparas y a trabajo completo.

d. Se determina la eficacia luminosa según los datos técnicos de cada una de las lámparas. Para las de vapor de sodio se da un rendimiento del 86% y las de LED de 81.85%.

e. Realización de los cálculos para estimar la eficacia de las lámparas. Mediante los datos teóricos de las placas de cada una de las lámparas y los datos reales tomados in situ y brindados por INFIBAGUÉ y usando la fórmula se realizó la tabla 2.10.

Tabla 2.12 Eficacias teórica y real de las lámparas.

Fuente: Autor.

f. Contrastación de los resultados obtenidos con los exigidos por ley. Luego de obtener los datos tanto teóricos como prácticos de cada una de las lámparas se procedió a contrastar dichos resultados con los valores exigidos por ley en el RETILAP y que se consignan en la tabla 2.9 y se pudo comprobar que aunque ambos tipos de tecnología se encuentran dentro de los valores críticos exigidos, de acuerdo a sus datos de placa, en lo que respecta con los valores reales de consumo, las lámparas de vapor de sodio presentan una menor eficacia a la exigida y mucho menor a la proporcionada por los LED que si alcanzan a estar dentro de dichos valores. Una de las causas de esta diferencia en la tecnología de vapor de sodio es la conformación del equipo de encendido y balastos con que cuentan que consumen gran cantidad de potencia y que no están presentes en las de LED. Como se vio en el ítem anterior, el consumo es mucho mayor en las lámparas de vapor de sodio y contrastado con su eficacia hace que el rendimiento no sea lo suficientemente bueno en comparación con el rendimiento de las lámparas tipo LED.

2.6 VIDA ÚTIL

El RETILAP define la vida útil de las fuentes luminosas como: "el período de servicio efectivo de una fuente que trabaja bajo condiciones y ciclos de trabajo nominales hasta que su flujo luminoso sea el 70 % del flujo luminoso total".

Además en sus disposiciones específicas dice que: "La vida promedio para bombillas de sodio de alta presión no podrá ser menor a 24.000 horas".

De acuerdo a los datos técnicos de placa de las lámparas de cada una de las tecnologías en estudio se tiene que para las lámparas de vapor de sodio de alta presión dan una vida útil de 24.000 horas. Esto equivale a una vida de aproximadamente 5 años y medio.

Las lámparas tipo LED presentan, según sus datos técnicos, una vida útil de 100.000 horas lo que es equivalente a 23 años de vida útil.

De acuerdo a datos entregados por INFIBAGUÉ respecto a la periodicidad con que se producen los cambios de lámparas de vapor de sodio en la ciudad, esta vida útil se encuentra alrededor de 8.640 horas o 2 años. La causa de su poca duración radica, según el jefe de alumbrado público de INFIBAGUÉ, en la baja calidad del servicio de energía eléctrica que presenta demasiadas intermitencias en su prestación además de picos de voltaje y niveles de sobretensión, lo que afecta directamente la longevidad de las lámparas y en general de toda la luminaria.

Para las lámparas tipo LED, según los últimos estudios de la Universidad Nacional de Colombia [16], su vida útil en la práctica se encuentra entre las 50.000 y 75.000 horas, dependiendo de la potencia de las mismas. Esto es una duración de entre 11.5 y 17.36 años.

De cualquier manera que se tomen los datos de vida útil de los dos tipos de lámparas del estudio, se tiene que la vida media de las lámparas de tipo LED es al menos 4 veces mayor que las de vapor de sodio de alta presión según datos técnicos de su hoja de datos y de casi 5 veces según datos prácticos obtenidos.

2.7. PRESENCIA DE INSECTOS

La presencia de insectos en las lámparas de alumbrado público y, en general, en todos los tipos de lámparas es un problema bastante común y que genera no sólo incomodidad para los usuarios sino pérdidas en la longevidad de las lámparas e incrementos en los costos de mantenimiento de las mismas.

Los insectos se ven generalmente atraídos hacia las fuentes luminosas debido a los rayos ultravioletas que ellas emiten. Se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a la radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los 400 nm (4×10-7 m) y los 15 nm (1,5×10-8 m). Su nombre se deriva del hecho que su rango empieza desde longitudes de onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta.

Las lámparas que emiten luz ultravioleta, que son la mayoría, tienen un gran poder de atracción, atraen y atrapan todo tipo de insectos voladores como moscas, mosquitos, moscardones, polillas, avispas, etc. Estos quedan adheridos en los diferentes elementos que componen la lámpara, principalmente cerca a la fuente emisora de luz.

2.7.1 Problemas causados por insectos. La presencia de insectos en y alrededor de las lámparas ocasiona principalmente los siguientes inconvenientes:

a. Incomodidad de los usuarios por la constante presencia de insectos alrededor de las fuentes ya que al estar sus residencias cercanas a los postes y lámparas, gran cantidad de estos mismos insectos hacen presencia dentro de las mismas residencias.

b. En zonas bastante cálidas suelen apiñarse gran cantidad de insectos alrededor de las fuentes luminosas y ocasionan una disminución de la calidad del flujo luminoso sobre la calle.

c. Acumulación de cuerpos de insectos muertos en las carcasas de las lámparas lo que ocasiona cortos en su interior y deterioro de las mismas. Estos cortos implican el cambio del bombillo o de todos los componentes de las luminarias, esto aumenta los costos por mantenimiento y reposición de estos elementos.

d. También en zonas cálidas, la presencia de insectos cerca y alrededor de las luminarias atrae otros animales depredadores de insectos que pueden ocasionar enfermedades o molestias de convivencia en las residencias adyacentes a estas luminarias. Por ejemplo, pueden atraer murciélagos y ratones.

En la figura 2.10 se pueden contrastar diferentes niveles de atracción de insectos por parte de diferentes tecnologías de iluminación de alumbrado público. Se muestran las principales utilizadas en la actualidad como halogenuros, mercurio, vapor de sodio y LED.

Figura 2.10 Atracción de insectos por tipo de luminaria.

Fuente: Megasa Ltda.

En la figura 2.11 se pueden ver los dos tipos de lámparas y la presencia o ausencia de insectos alrededor de ellas.

Figura 2.11 En las fotos se puede observar la presencia de insectos alrededor de las lámparas de sodio (izquierda) y la ausencia de los mismos alrededor de las lámparas de LED (derecha).

Fuente: Autor.

2.7.2 Emisión de rayos ultravioletas. En el presente estudio para la determinación de la emisión de rayos ultravioletas por parte de las lámparas se tuvo en cuenta la información ofrecida por sus respectivos datos técnicos consignados en las hojas de datos y, también, se tomaron fotografías de las lámparas para observar la presencia o no de insectos a su alrededor.

En la figura 2.12 se puede observar la distribución espectral de la energía y las longitudes de onda de la luz emitida por las lámparas de vapor de sodio y en la 2.13, las características de las lámparas de LED.

Figura 2.12 Distribución espectral de la energía y longitudes de onda de luz emitida por lámparas Philips SON-T 70W de vapor de sodio.

Fuente: Philips corporation.

Figura 2.13 Distribución espectral de la energía y longitudes de onda de luz emitida por lámparas Bare Developments HTS-series 9a de tipo LED.

Fuente: Bare developments Inc.

Como se puede ver en las figuras 2.12 y 2.13, las lámparas de vapor de sodio presentan un componente importante de emisión de luz ultravioleta dentro de su emisión total mientras que las lámparas de tipo LED no presentan emisiones en esos rangos de longitudes de onda. En las figuras 2.14 y 2.15 podemos observar la presencia o no de insectos alrededor de cada una de las lámparas del estudio. En ellas se nota la ausencia de insectos alrededor de las de LED y alrededor de las de vapor de sodio sí se puede observar una presencia importante de insectos. También se pueden observar estos mismos comportamientos en la figura 2.16 donde se muestran las lámparas de cada una de las tecnologías en piso para su mantenimiento.

Figura 2.14 Insectos alrededor y en la lámpara de vapor de sodio encendida.

Fuente: Autor.

Figura 2.15 Ausencia de insectos alrededor y en la lámpara de LED encendida.

Fuente: Autor.

Figura 2.16 Mantenimiento de lámparas de vapor de vapor de sodio en piso.

Fuente: Autor.

2.8 DIAGRAMAS FOTOMÉTRICOS

Los diagramas fotométricos están construidos para indicar los niveles de iluminancia contra las distancias verticales y horizontales cubiertas por el haz luminoso de una determinada fuente luminosa. Los diagramas pueden ser de diferentes tipos pero la mayoría de ellos muestran el ángulo sólido del haz, la distancia iluminada, el nivel de luminancia, el ancho del haz, el alto de la luminaria y las curvas de nivel.

Los más utilizados por los fabricantes son los diagramas isolux, los iso K, los diagramas fotométricos de luminancia a distancia y los radiales por ángulo.

2.8.1 Reglamentación y definición. Las reglamentaciones sobre los tipos de diagramas fotométricos están contenidas en los diferentes reglamentos que involucran iluminación tanto interior como exterior. Entre estas reglamentaciones se encuentran el NTC, el RETIE y el RETILAP. El que se tiene en cuenta en el presente estudio es el RETILAP pues es el que involucra y s encarga específicamente del alumbrado público.

Según el RETILAP, las definiciones para los principales tipos de diagramas son los siguientes:

• Curvas ISOLUX. Son líneas que unen todos los puntos que tengan la misma iluminancia en el plano horizontal, para una altura de montaje de 1 m o 10 m y un flujo luminoso de 1.000 Im.

La obtención de los datos para la construcción de las curvas ISOLUX se hace mediante la medición de los niveles de iluminancia utilizando un luxómetro sobre el terreno y haciendo una cuadrícula sobre el mismo, luego tabulando los resultados y llevándolos a una hoja de papel milimetrado o aun software especializado. En la figura 2.17 se puede observar una curva ISOLUX típica construida para una fuente isoradiante.

Figura 2.17 Ejemplo de un diagrama de una curva ISOLUX.

Fuente: Javier García Fernández, Oriol Boix.

• Curvas ISO K. utilización (CU) es utilizando las curvas ISO K (isocoeficiente de utilización) de la luminaria seleccionada.

Las curvas ISO K deben ser obtenidas en un laboratorio fotométrico, utilizando paredes y techos completamente negros, es decir con factores de reflexión de cero %.

El procedimiento para utilizar la curva ISO K es similar al descrito para el uso de las curvas isolux. Se dibuja el área del local que se desea iluminar a la escala en que está la curva ISO K dividido por la altura de montaje respecto al plano de trabajo, para el caso de la curva ISO K de la Figura 2.18, la escala es 1 m = 40 mm/hm.

Figura 2.18 Curva ISO K de una luminaria simétrica para uso de alumbrado público.

Fuente: RETILAP.

• Luminancia a distancia. Es un diagrama que muestra los niveles de iluminancia de una determinada fuente indicando la altura de su montaje, las distancias de dispersión horizontal y vertical del haz luminoso, el ángulo de dispersión en cada dirección y el nivel de luxes en cada distancia indicada. Es muy usado pues su lectura es mucho más fácil que la de los dos anteriores y la obtención de los datos también es muy sencilla.

Se obtienen los datos a partir de distancias establecidas con un mismo nivel de flujo luminoso o de iluminancia y sus resultados se dan en candelas o lúmenes. Estos datos son obtenidos también para diferentes alturas a partir de la lámpara hasta el nivel del suelo y teniendo en cuenta las dispersiones horizontal y vertical del haz.

En la figura 2.19 se puede ver una curva de luminancia a distancia de tipo comercial con todos los parámetros mencionados anteriormente resaltados.

Figura 2.19 Curva de iluminancia a distancia de una lámpara de LED de 29W.

Fuente: Bare Developments Inc.

2.8.2 Trazado de gráficas. Para la comparación de los niveles de iluminación y la distancia comparativa de la misma, se utilizaron las gráficas de iluminancia a distancia y las curvas ISOLUX para cada una de las lámparas.

La manera en la que se obtuvieron los datos y se obtuvieron las gráficas de iluminancia fue la siguiente:

a. Determinación del nivel máximo de iluminancia a 1.5 ms del nivel del suelo para cada una de las lámparas.

b. Luego de hallar el máximo, se determinaron las distancias a partir del centro en las cuales este mismo nivel se sostuvo.

c. Luego, utilizando una escala de variabilidad de 5 luxes, se procedió a tomar la segunda medida de nivel de iluminancia y a determinar las distancias a las que se sostienen los mismos valores.

d. Se tomaron los datos para un valor de iluminancia de otros 5 luxes de diferencia con la medición anterior y se consignaron los datos.

e. Se determinó la altura de la luminaria sobre el poste.

f. Con los datos de distancia e iluminancia obtenidos se tabuló un archivo en EXCEL y se obtuvo un diagrama radial en el que se mostraron los datos de cada lámpara.

g. Con las medidas de distancia y de iluminancia se realizaron los cálculos para hallar el ángulo de dispersión del haz tanto vertical como horizontalmente para cada una de las lámparas y con la herramienta de EXCEL se diagramaron estos datos.

h. En las figuras 2.20 a 2.23 se pueden apreciar los datos obtenidos para cada una de las lámparas.

Figura 2.20 Curva de iluminancia a distancia para una lámpara de LED de 29W.

Fuente: Autor.

Figura 2.21 Curva de iluminancia a distancia para una lámpara de vapor de sodio de alta presión de 70W.

Fuente: Autor.

Figura 2.22 Curva ISOLUX para una lámpara de LED de 29W.

Fuente: Autor.

Figura 2.23 Curva ISOLUX para una lámpara de vapor de sodio de alta presión de 70W.

Fuente: Autor.

Según podemos ver de acuerdo a las curvas ISOLUX y a las gráficas de iluminancia a distancia, las lámparas de ambas tecnologías presentan un rendimiento bastante parecido en cuanto a nivel de iluminación y distancia de cobertura. En cuanto al ángulo de cobertura, es un poco mayor el de las lámparas de vapor de sodio pero, en cuanto lo demás, las dos tecnologías presentan un datos muy consistentes en cuanto a su similitud. Los archivos de Excel y demás datos que se usaron para la obtención de las gráficas se relacionan en el ANEXO H.

2.9 COSTOS DE INSTALACIÓN

Los costos de la instalación para cada una de las tecnologías involucradas en el estudio están discriminados acá según el costo de los elementos que las componen y no involucran los costos de transporte y de personal necesario para la misma instalación. Esto último debido a que estos costos son costos operacionales normales de INFIBAGUÉ que es la institución que se encarga del alumbrado y de todo lo que tiene que ver con ello.

2.9.1 Discriminación de costos. Los datos que se muestran en este ítem son dados para un cambio supuesto o instalación del total de las luminarias de 70W o equivalentes en la ciudad de Ibagué. Dentro de ellos se involucran los principales elementos que permitan el funcionamiento de las luminarias. Como se mencionó en el punto anterior, no se involucran los costos de personal ni de transporte necesarios para la instalación. Tampoco se tienen en cuenta para los costos de instalación de las lámparas los siguientes elementos:

– Brazo de la luminaria horizontal.

– Cinta band-it.

– Hebillas para cinta band-it.

– Poste.

– Fusible de estaño.

– Portafusible.

– Cable de cobre aislado.

Estos elementos no se involucran debido a que hacen parte del equipamiento necesario de las cuadrillas de INFIBAGUÉ y por lo tanto entra dentro del presupuesto anual de la institución.

Estos valores fueron obtenidos de los valores de licitación para alumbrado público de vapor de sodio de marzo de 2011 brindados por INFIBAGUÉ, por parte del ingeniero Luis Enrique Ascencio, director de alumbrado público. Los datos de las lámparas de LED fueron obtenidos de la propuesta de venta de luminarias LED al municipio de Ibagué, a través de INFIBAGUÉ, dada por la empresa Megasa Ltda. de Bogotá para junio de 2011. Los costos involucrados en la instalación de cada una de las tecnologías se discriminan en las tablas 2.13 y 2.14.