Análisis comparativo de parámetros generales entre las lámparas de alumbrado público (página 3)

Tabla 2.13 Costos de instalación de lámparas de LED.

Fuente: Megasa Ltda.

Tabla 2.14 Costos de instalación de lámparas de vapor de sodio.

Fuente: INFIBAGUÉ.

Se puede observar una diferencia de al menos 4 y media veces superior en el costo de la instalación de las lámparas de tipo LED con respecto a las de tecnología de vapor de sodio. Estos valores son los vigentes para el año 2011 y disponibles en el mercado. La propuesta de Megasa Ltda., que trabaja con tecnología de Bare Developments Inc., y la licitación de INFIBAGUÉ se muestran en el ANEXO I.

2.10 CIELOS OSCUROS (DARK SKIES). Es un parámetro contemplado en el RETILAP y tiene que ver con la polución lumínica hacia el cielo y hacia atrás que es perjudicial para la navegación aérea y para los clientes residenciales a los cuales finalmente llega en sus habitaciones de residencia y perturba en el descanso nocturno. Además, esto también significa un consumo de potencia que no está siendo utilizada en el objetivo final de iluminación sobre calle.

2.10.1 Determinación de la polución. En el presente estudio se tomó el nivel de polución lumínica mediante la obtención de imágenes de las lámparas y contrastándolas entre sí.

En la figura 2.24 se puede observar la comparación entre la radiación luminosa emitida por las lámparas de vapor de sodio y las de LED analizadas en el presente estudio. Se puede observar la aureola que se percibe al obtener las imágenes de las lámparas de vapor de sodio y que son ya características en las ciudades y que son percibidas inclusive a distancia, y la ausencia o muy poca emisión de radiación hacia el cielo de las lámparas de LED.

Figura 2.24 Emisión de radiación de las lámparas hacia el cielo. A la izquierda las lámparas del LED y a la derecha las de sodio.

Fuente: Autor.

Impactos de la implementación de una u otra tecnología

Luego de la obtención de los diferentes valores y de la toma de medidas para cada una de las tecnologías de lámparas para alumbrado público para la ciudad de Ibagué, se plantearon una serie de impactos de acuerdo con la aplicación de una u otra de estos tipos de iluminación.

Para analizar dichos impactos se tuvieron en cuenta los valores obtenidos de las mediciones, las imágenes, los videos, los datos técnicos ofrecidos por las empresas fabricantes de cada tecnología, los datos oficiales ofrecidos por INFIBAGUÉ, los lineamientos del estado para la prestación del servicio de alumbrado público y los decretos y normas que tienen que ver con el mismo propósito. Luego de realizar la contrastación de todos estos parámetros se determinó la manera en que la ciudad se verá afectada según se escoja una u otra opción de alumbrado.

3.1 IMPACTO ECONÓMICO

Para realizar el análisis del impacto económico en la ciudad debido al uso de una u otra tecnología de alumbrado público, se tuvieron en cuenta los datos obtenidos de las mediciones del capítulo anterior. Los datos analizados son para un periodo de un año y teniendo en cuenta una situación hipotética de cambio o reposición total de las lámparas de 70W o equivalentes en toda la zona de cobertura tanto rural como urbana, esto es, de 22.828 lámparas. Teniendo en cuenta lo anterior se tiene que:

– Instalación y cambio total de las lámparas de alumbrado público de 70W en las zonas urbana y rural de la ciudad de Ibagué por lámparas de vapor de sodio de alta presión: $4.535"670.768.

– Instalación y cambio total de las lámparas de alumbrado público equivalentes a 70W en las zonas urbana y rural de la ciudad de Ibagué por lámparas tipo LED: $20.178"185.580.

– Costos de consumo de energía anual de lámparas de vapor de sodio: $2.638"782.288.

– Costos de consumo de energía anual de lámparas LED: $951"188.964.

– Tiempo de vida de lámparas de vapor de sodio: 24.000 horas.

– Tiempo de vida de lámparas de LED: 100.000 horas.

– Según los datos anteriores aunque el costo de instalación de las lámparas de vapor de sodio de alta presión es 4,5 veces más bajo o el 22% del costo total de la instalación de las lámparas de potencia equivalente de tecnología LED, el consumo de energía de estas mismas lámparas de vapor de sodio es 3 veces mayor o 63,3% que el consumo de las lámparas de tipo LED. Así mismo, la vida útil de las lámparas de vapor de sodio es de la cuarta parte de la vida de las lámparas de LED. Esto quiere decir, que aunque el impacto inicial de la implementación de las lámparas de LED es más elevado, a mediano y largo plazo esta inversión es mejor ya que se recupera la inversión en un plazo de 8,5 a 9 años y el tiempo restante de vida se tendría un ahorro anual del 63,3% del costo actual del consumo de energía en la ciudad. Hay que tener en cuenta que el tiempo de vida de una lámpara de LED es de 100.000 horas o 23 años, esto indica que se tendrían al menos 14 años para tener los ahorros mencionados. Si el cambio a tecnología LED se realizara en este año el ahorro anual de energía en la ciudad sería de $1.687"593.324, en el tiempo restante de vida de la lámpara se presentaría un ahorro de $23.626"306.540.

Según estos datos, sin hacerles corrección por inflación al valor del ahorro en el futuro, con el dinero ahorrado por consumo durante la vida útil de las lámparas de LED podría realizarse el recambio y todo el siguiente periodo de vida sería de ganancia. También debe tenerse en cuenta que al momento de terminar la amortización del costo de instalación de las lámparas LED, las de vapor de sodio ya debieran haber tenido su primer recambio, a los 4,5 años, lo que lleva a que los indicadores de tiempo y de ahorro promedio de las lámparas LED en contraste, aumente.

También, dentro del impacto económico se debe tener en cuenta el costo de mantenimiento que es de $7"344.067 anual para las lámparas de vapor de sodio. Este mantenimiento se tiene que dar en este tipo de lámparas debido a la acumulación de cuerpos de insectos y al desgaste debido a las variaciones de tensión en la red, efectos que no sufren las de LED porque no tienen presencia de insectos y las variaciones de la red no las afectan por poseer una fuente de regulación incorporada que las protege de este tipo de desgaste. Si se multiplica este valor por el número de años de recuperación de la inversión para las lámparas LED, se obtiene un valor de $66"096.603, que se suman también a las ventajas de estas lámparas sobre las de vapor de sodio.

3.2 IMPACTO AMBIENTAL

Los impactos ambientales del proyecto son dos, uno a nivel local y otro más general. En cuanto a lo que tiene que ver con el impacto local lo principal es:

– Aunque las dos tecnologías en estudio son las de menor impacto ambiental el uso de lámparas de LED ocasionan una menor contaminación de tipo lumínico en los cielos, fenómeno conocido como DARK SKIES, que afecta tanto el descanso de los residentes en las adyacencias de las lámparas como la navegación aérea, principalmente. Esta polución también es un síntoma de mayor consumo de potencia de las lámparas en un uso diferente a su utilización primaria lo que redunda en un uso ineficiente de la misma energía y aun mayor impacto ambiental.

– Al tener una mayor duración la tecnología LED, es menor la cantidad de residuos que genera, esto es, 4 veces menos que las de vapor de sodio.

– Las lámparas de LED no necesitan de vapores o gases contaminantes para su operación al contrario de las de vapor de sodio. Estos gases con los que trabajan las lámparas de vapor de sodio son contaminantes y generan impacto al momento de dañarse las lámparas y también al finalizar su periodo de vida y no tener un buen sitio de disposición final para ellas.

A un nivel general se tiene que:

– Al ser más eficientes las lámparas de LED que las de vapor de sodio en el uso de la energía el impacto sobre las fuentes de donde se obtiene esta energía es menor. Menos impacto sobre ríos y fuentes de agua.

– Por necesitar menos o ningún mantenimiento las lámparas de LED con respecto a las de vapor de sodio, se generan ahorros en combustibles para desplazamientos y se usan menos componentes como cables, soldaduras, ceras, pomadas y otros que son contaminantes.

– Las de LED necesitan menor número de componentes constitutivos de las lámparas en comparación con las de vapor de sodio y ello afecta en el sentido de un menor impacto a la hora de la extracción de los elementos para la construcción de las lámparas.

3.3 IMPACTO SOCIAL

Este es uno de los factores de análisis más importantes ya que en última instancia es para un servicio público para el cual se destinan este tipo de lámparas. Siendo esto así, se tuvo en cuenta lo siguiente:

– Con cualquiera de las opciones propuestas los niveles de iluminación cumplen con las normas y brindan una calidad de luz necesaria para la realización de las actividades para las cuales están definidas, esto es, tránsito bajo de peatones y ciclistas en horas nocturnas y bajo impacto sobre las residencias frontales.

– Al presentar las lámparas de LED un menor nivel de emisión de luz hacia atrás con respecto de las de vapor de sodio, permiten un mejor descanso a las residencias ubicadas en sus inmediaciones.

– Al estar ligado el costo del consumo de la energía del alumbrado público a la canasta familiar en Ibagué, el ahorro en este ítem causa un gran impacto en la vida diaria de los usuarios. En Ibagué el alumbrado público pagado por los usuarios equivale a un 14% del valor total del costo del alumbrado en la ciudad. Esto es, que en la actualidad con las lámparas de vapor de sodio los usuarios pagan $369"429.520 y con la implementación de las lámparas de tecnología LED pagarían $133"166.455. Así, con la implementación de las lámparas de tecnología LED los usuarios tendrían un ahorro anual de $236"263.065. Esto es un respiro considerable dado el estado de la economía y la situación financiera de la mayoría de la población en la ciudad de Ibagué con altos índices de desempleo.

– Otro factor que afecta a los usuarios es la calidad de la iluminación en cuanto a la definición de colores y de formas. En cuanto a ello, las lámparas de LED presentan una reproducción cromática 3 veces mejor que las de vapor de sodio lo que permite identificar colores más fácilmente e identificar formas de objetos y personas con mayor claridad. Este aspecto redunda también en cuanto a la seguridad, pues a mejor definición de contornos y objetos se puede tener una mejor visualización de individuos o situaciones sospechosas.

Conclusiones

Luego de todas las mediciones y análisis efectuados para las dos tecnologías de lámparas para alumbrado público se llegó a las siguientes conclusiones:

El funcionamiento actual del alumbrado público en lo que tiene que ver con los horarios de funcionamiento no es un factor crítico en la escogencia de una u otra tecnología debido a que el encendido y duración del mismo de las luminarias está ligado a un elemento externo a los componentes constitutivos de las mismas, esto es, las fotoceldas.

Las líneas de distribución de energía para el alumbrado público y para el consumo general, ofrecen un servicio de distribución que presenta muchas variaciones que impactan directamente sobre el rendimiento y duración de la vida útil de las lámparas de alumbrado público, principalmente las de vapor de sodio que ven reducido su tiempo de funcionamiento hasta en un 20%.

De acuerdo a los haces luminosos proyectados por cada una de las tecnologías de iluminación del estudio, la separación que existe entre las lámparas es adecuada y sólo se nota una diferencia entre el flujo dirigido hacia la acera que es menor por parte de las lámparas de LED en comparación con las de vapor de sodio.

Los mínimos niveles de iluminancia exigidos por la ley a través del RETILAP son cumplidos por las dos tecnologías, presentándose un igual rendimiento energético en lúmenes por vatio y en cantidad de lúmenes por metro cuadrado, diferenciándose en el consumo de potencia de cada lámpara para obtener estos niveles. El nivel de consumo de potencia de una lámpara de LED es de 29W mientras que las de vapor de sodio necesitan de 70W para cumplir con los mismos estándares.

El índice de reproducción cromático es muy alto para las lámparas de LED, presentando unos niveles que están muy por encima, hasta tres veces, de los ofrecidos por las lámparas de vapor de sodio. Esto permite que se puedan apreciar mejor los colores y la perfilación de objetos.

Los niveles de consumo de las lámparas están acorde a la ley pero la diferencia entre las dos es sustancial. Las lámparas de LED consumen 63% menos que las de vapor de sodio redundando eso en un ahorro en términos económicos y un menor gasto energético mejorando los niveles de trazabilidad de carbono.

El costo total del alumbrado público pagado por los usuarios finales y por la empresa prestadora del servicio con la sustitución de las lámparas actuales de vapor de sodio por las de tipo LED, se vería en el pago de sólo el 36,7% de lo que se paga actualmente.

El tiempo de vida de las lámparas de LED es cuatro veces mayor que las de vapor de sodio viéndose un mejoramiento en la disminución del costo de mantenimiento, menor contaminación, mayor tiempo para recuperación de la inversión inicial y posterior ahorro.

Dado que en la actualidad el mantenimiento es totalmente reactivo, para poder llevar a cabo un mantenimiento preventivo se debería efectuar un seguimiento del estado de las instalaciones, aplicable para ambas tecnologías con el fin de mantener los niveles de encendido y apagado de las lámparas dentro de los márgenes permitidos.

El mantenimiento por insectos en las lámparas de vapor de sodio es un factor importante dentro de los costos por mantenimiento, este es un problema que no presentan las de LED debido a que no atraen insectos por no emitir a rayos ultravioleta (UV).

Finalmente, aunque las dos tecnologías cumplen con los criterios mínimos exigidos por las normas en Colombia y las lámparas actuales de vapor de sodio han presentado un comportamiento confiable durante su utilización, las lámparas de tecnología LED muestran unos indicadores mucho mejores en la mayoría de los ítems y en los que no presentan este comportamiento su rendimiento es igual al de las de vapor de sodio. Esto quiere decir que si se quisiese hacer un cambio global del alumbrado público en Ibagué, la utilización de lámparas de LED sería la mejor opción.

Recomendaciones

Luego de realizado el estudio sobre las dos tecnologías de iluminación de alumbrado público en la ciudad de Ibagué, encontramos algunas recomendaciones para hacerle a la institución encargada de la prestación del servicio de alumbrado público en la ciudad, en este caso INFIBAGUÉ. Las principales recomendaciones son:

Realizar un mantenimiento periódico de las fotoceldas de las luminarias ya que al enturbiarse el cristal se generan encendidos prematuros y demoras en su apagado, llevando a mayores consumos de las lámparas. Esto es aún más crítico en las luminarias que funcionan en serie con una sola fotocelda ya que el consumo aumenta aritméticamente.

Llevar a cabo limpieza de los cristales y carcasas protectores de las bombillas en las lámparas de vapor de sodio, puesto que estos cristales sucios disminuyen la eficiencia lumínica de las mismas y, además, la acumulación de insectos y otra suciedad lleva a ocasionar cortos y fallos a mediano plazo.

Iniciar una migración de la tecnología actual de vapor de sodio hacia la tecnología de LED. Es necesario hacer un cambio gradual, no sólo debido a los altos costos de instalación que esto conllevaría sino para ir acostumbrando a los usuarios a la nueva tecnología. Debido a que la tecnología LED es más limpia, muchas veces los usuarios no notan su presencia y prefieren la de vapor de sodio que es más sucia. Se habla de limpieza en cuanto a que no genera halos o aureolas a su alrededor y los usuario muchas veces relacionan estos halos y aureolas con mayor luminosidad de las lámparas.

También se recomienda que se vaya haciendo reposición de las lámparas de vapor de sodio que se vayan dañando o saliendo de servicio por zonas y no individualmente. En la experiencia del presente estudio, al instalarse inicialmente las tres lámparas LED que se tuvieron en cuenta, la comunidad del sector manifestó algún rechazo, pero luego de una semana de convivir con la nueva tecnología y de compararla con las dos lámparas de vapor de sodio que se hallan también en la misma zona, manifestaron un gran interés en que se haga un cambio mayor en la ciudad. Pero no siempre es fácil hacer caer en la cuenta a la comunidad, por lo que es recomendable este cambio zonal para evitar comparaciones.

Bibliografía

[1] Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios (SSPD), [en línea]; disponible en: www.superservicios.gov.co.

[2] Instituto de Financiamiento, Promoción y Desarrollo de Ibagué (INFIBAGUÉ), [en línea]; disponible en: www.infibague.goc.co.

[3] Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público (RETILAP), marzo 2010.

[4] Representación gráfica de magnitudes luminosas (Curvas ISOLUX), [en línea]; disponible en: www.indal.es

[5] Norma Técnica Colombiana (NTC900), abril de 2011.

[6] Decreto 3450 de 12 de septiembre de 2008.

[7] Historia de la iluminación, [en línea; disponible en: www.alumbradopublico.com

[8] Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), [en línea]; disponible en: www.CREG.gov.co

[9] Ministerio de Minas y Energía, [en línea]; disponible en: www.minminas.gov.co.

[10] Ministerio de Minas y Energía, [en línea]; disponible en: www.minminas.gov.co.

[11] Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE), mayo 2005.

[12] www.edison.upc.edu

[13] MARTÍNEZ DOMÍNGUEZ, Fernando. Instalaciones eléctricas de alumbrado e industriales. Editorial Limusa: México. 4ª edición. Pág. 132-198.

[14] www.iluminación.com /tipos_de_alumbrado.pdf (Abril 2011).

[15] CANALETA, Salvador, et. al. Universidad Politécnica de Catalunya. Estudio de diagnosis de eficiencia energética del alumbrado público en el Ayuntamiento de Canfranc, España, 2009.

[16] QUIROGA RIAÑO, Mario Edwin. Universidad Nacional de Colombia. ANÁLISIS DE NUEVAS FUENTES EN ILUMINACIÓN, Colombia, 2010.

Anexos

ANEXO A. REGLAMENTO TÉCNICO DE ILUMINACIÓN Y ALUMBRADO PÚBLICO (RETILAP)

El documento completo del RETILAP, se encuentra en el CD que acompaña el presente documento debido a que su extensión es de 270 páginas.

ANEXO B. VIDEOS E IMÁGENES DEL PROCESO DE MEDICIÓN

En este anexo se relaciona el proceso de medición con el luxómetro y se muestran además algunas imágenes tomadas de las lámparas del estudio. Estas imágenes y video se encuentran en el CD que acompaña el documento.

Principalmente se muestran los siguientes videos:

• VIDEO COMPARACIÓN LED vs. VAPOR DE SODIO. Contrastación de los niveles de luminancia en lúmex entre una lámpara de vapor de sodio y una de LED, tomando la medida justo bajo la lámpara en su foco de mayor flujo y al borde la acera frontal o a 4 ms. El video se toma en forma continua para mayor confianza.

• VIDEO MEDIDOR LÁMPARA LED. Se observa el número que muestra el medidor instalado a la lámpara de LED para compararlo con la imagen al momento de ser instalado y realizar así las cuentas de consumo de dicha lámpara.

• VIDEO MEDICIÓN LED. Primera toma de nivel de iluminancia para la lámpara LED para hacer la calibración del luxómetro.

• LED BAJO EL POSTE. Medida tomada directamente bajo el poste, a un metro atrás del foco de la lámpara. EL brazo de la lámpara a partir del poste es de una longitud de 1.5ms, con leve inclinación.

• LED A 1m DEL FOCO. Medida del nivel de lúmex a una distancia excéntrica de 1m a partir del foco.

• VIDEO LED EQUIVALENTE 250W. Video de una lámpara de tipo LED equivalente de una lámpara de vapor de sodio de 250W, con sus medio fotométricas.

• VIDEOS LÁMPARAS DE LED EN LA AVENIDA 69. Tomas varias de algunas lámparas de tipo LED ubicadas en el sector de la avenida 69 de la ciudad de Ibagué con tomas de los niveles luxométricos ofrecidos.

ANEXO C. NTC Y DECRETOS REGLAMENTARIOS DE ALUMBRADO PÚBLICO

Se presentan acá el documento del NTC, la ley 3450 de 2008 y los decretos reglamentarios que cobijan el alumbrado público. Los documentos se relacionan en el CD que acompaña el documento debido a su extensión.

ANEXO D. DATASHEET Y SPECSHEET DE LAS LÁMPARAS DEL ESTUDIO

A continuación se pueden observar los datos de características técnicas de las diferentes lámparas involucradas en el presente estudio. Se muestran los datos ofrecidos por los fabricantes.

ANEXO E. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL LUXÓMETRO

El luxómetro utilizado para el estudio es el que se muestra a continuación con sus características técnicas.

Más información se puede encontrar en la página http://www.automatizando.com.co/luxometros.htm.

ANEXO F. IMÁGENES DEL ÍNDICE DE REPRODUCCIÓN CROMÁTICA DE LAS LÁMPARAS

En este anexo se muestran diferentes imágenes obtenidas de las lámparas y que muestran su reproducción del color y la manera en que se obtuvo el índice de reproducción de los mismos colores. Estas imágenes están consignadas en el CD debido a su extensión y tamaño.

ANEXO G. DATOS DE INFIBAGUÉ SOBRE LÁMPARAS

Se muestran a continuación los datos ofrecidos por INFIBAGUÉ sobre las lámparas y demás parámetros.

CUADROS DE CÁLCULO CONSUMO DE ENERGÍA

CARGA ALUMBRADO PÚBLICO – CENSO 2010

ANEXO H. DATOS PARA OBTENCIÓN CURVAS

En este anexo se brindan los datos que se utilizaron para la construcción de las diferentes gráficas de curvas ISOLUX y de iluminancia a distancia. Algunos de datos se muestran en el CD que acompaña el documento debido a que son datos dinámicos.

ANEXO I. VALORES DE LAS LÁMPARAS DEL ESTUDIO

En este anexo se muestran los valores reales de los costos de instalación de las lámparas que se tuvieron en cuenta para la realización del presente estudio y para ello se muestran la licitación de INFIBAGUÉ para la compra de lámparas de vapor de sodio de marzo de 2011 y la propuesta de venta de lámparas de LED de la empresa MEGASA LTDA. con sede en Bogotá y que trabaja con tecnología de Bare Developments Inc. de junio del presente año también.

Autor:

Luis Leonardo Rivera Abaúnza

Trabajo de grado presentado como

requisito parcial para optar al Título de Ingeniero Electrónico

DIRECTOR

Ing. CARLOS SANDOVAL

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PROYECTO DE GRADO

IBAGUÉ, TOLIMA

2011