T1991.pdf

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
^Mejoramiento del consumo de alumbrado público en 3a EEQS.A."
•
Tesis Previa la Obtención del Título de Ingeniero Eléctrico en 3a Carrera
de Eléctrica
CESAR PAUL CRUZ NARVAEZ
Quito, Enero del 2002
CERTIFICO
Que el presente trabajo fue realizado
por el Sr. César Paúl Cruz Narváez,
bajo mi dirección.
INC. MJLTON RJVADENEIRA
A G R A D E C I M I E N T O
Mi especia] agradecimiento a Dios por su bendición para mi vida,
a mis padres que con su apoyo incondicional hicieron posible
este sueño tan anhelado,
Al Ing, Miíton Rivadeneifa JD^ector de Tesis por^ü colaboración
brindada y
$1 Departamento de Alumbrado Público de la
E. E. Q. S. A
A todas aquellas personas y amigos que prestaron su
colaboración incondicional.
DEB I C A T O R I A
El presente trabajo lo dedico al dueño
de mi vida , que me ayudó en todos
los momentos y a mis padres por su
apoyo y esfuerzo
¡GRACIAS DIOS!
Í N D I C E
G E N E R A L
TEMA: MEJORAMIENTO DEL CONSUMO DE ALUMBRADO PÚBLICO
ENLAEEQS.A.
Pag. N°
CAPITULO I.- INTRODUCCIÓN
1
CAPITULO n.- DISPOSICIÓN DE LUMINARIAS, CONCEPTOS
2.1
DISPOSICIÓN DE LAS LUMINARIAS EN LA VÍA
'....
2.2
NIVELES DE ILUMINACIÓN RECOMENDADOS
15
2.3
TIPOS DE ALUMBRADO PÚBLICO
18
2.3.1
ALIMENTACIÓN Y SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA (ALUMBRADO PÚBLICO)
2.3.2
5
19
ACCIONAMIENTO DE LAS INSTALACIONES DE ALUMBRADO
PÚBLICO
21
CAPITULO m.- FUENTES LUMINOSAS. CARACTERÍSTICAS.
CONCEPTOS
3.1
LÁMPARAS Y LUMINARIAS
23
3.1.1
ALCANCE
24
3.1.2
DISPERSIÓN
25
3.1.3
CONTROL
3.2
TIPO DE LÁMPARAS
28
3.2.1
LÁMPARAS DE DESCARGA
29
3.2.3.1
FUNCIONAMIENTO
29
3.2.1.2
ELEMENTOS AUXILIARES
32
3.2.2
CLASIFICACIÓN DE LAS LÁMPARAS DE DESCARGA
38
3.2.2.1
LÁMPARA DE MERCURIO A ALTA PRESIÓN
39
3.2.2.1.1
FUNCIONAMIENTO
3.2.2.1.2
ENCENDIDO
42
3.2.2.2
LÁMPARA DE LUZ MIXTA
43
"...
¡
,
27
39
3.2.2.2.1
FUNCIONAMIENTO
43
3.2.2.2.2
ENCENDIDO
45
3.2.2.3
LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN
45
3.2.2.3.1
FUNCIONAMIENTO
45
3.2.2.4
LÁMPARAS DE SODIO A BAJA PRESIÓN
48
3.2.2.4.1
FUNCIONAMIENTO
48
3.2.2.4.2
ENCENDIDO
50
3.3
CARACTERÍSTICAS DE LAS LÁMPARAS UTILIZADAS EN
3.4
ALUMBRADO PÚBLICO
52
EFICIENCIA DE LAS FUENTES LUMINOSAS
53
CAPITULO I V - PÉRDIDAS
4.1
PÉRDIDAS EN EL ALUMBRADO PÚBLICO
56
4.1.1
PÉRDIDAS EN LAS REDES SECUNDARIAS
57
4.1.1.1
PARÁMETROS ELÉCTRICOS EN CONDUCTORES
59
4.1.2
PÉRDIDAS EN BALASTOS
61
4.1.2.1
BALASTO TIPO REACTOR SERIE
62
4.1.2.2
BALASTO TIPO AUTO - TRANSFORMADOR
64
4.1.2.2,1
VARIACIÓN DE VOLTAJE
64
4.1.3
PÉRDIDAS POR BAJO FACTOR DE POTENCIA
65
4.1.4
PÉRDIDAS DEBIDO A FALLAS DEL CONTROL DE ENCENDIDO
65
4.1.5
PÉRDIDAS EN LUMINARIAS NO EFICIENTES
65
CAPITULO V.- CASO DE APLICACIÓN
5.1
MÉTODOS UTILIZADOS PARA MEDIR PÉRDIDAS EN BALASTOS.70
5.1.1
MÉTODOS DE CORTOCIRCUITO
5.1.2
MEDIDA DE POTENCIA EN REACTANCIA FUNCIONANDO CON
LÁMPARA
5.2
5.3
RESULTADOS
>
PÉRDIDAS MEDIDAS EN BALASTOS
70
71
72
'
79
5.4
CÁLCULO DE PERDIDAS TOTALES EN ALUMBRADO PUBLICO DE
LA E. E, Q. S. A
81
CAPITULO VI- EVALUACIÓN FINANCIERA
6.1
EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS
83
6.2
AHORRO DE ENERGÍA POR CAMBIO DE BALASTOS
92
6.3
AHORRO DE ENERGÍA POR SUSTITUIR LUMINARIAS HG 125W
POR NA 70W Y BALASTOS
6.4
ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.5
CALCULO DE LA RENTABILIDAD DEL PROYECTO
94
.'
96
102
CAPITULO VH- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1
CONCLUSIONES...
111
7.2
RECOMENDACIONES
113
BIBLIOGRAFÍA
GLOSARIO
ANEXOS
C A P I T U L O
I
La energía eléctrica es uno de los elementos importantes para el desarrollo de los
pueblos por lo que en Ecuador en 1894, los señores Víctor Gangotena, Manuel Jijón y Julio
Urrutia, se asociaron para fundar la empresa denominada "La Eléctrica", que inicia la
generación eléctrica con una central con capacidad de 2QO&W; ubicada en el sector de
"Chimbacalle" junto al río Machángara, donde ftuicionaban los mblinos El Retiro.
En 1905 inicia la operación la central Guápulo, con un grupo de 200 KW, situada al
noreste de Quito y utiliza Jas aguas del río Machángara. Progresivamente se instala tres
generadores adicionales, llegando a disponer en 1919 de una capacidad instalada total de 920
KW
En 1915 se fornió "The Quito Electric Light and Power Coinpany". La compañía
amplía su capacidad en 1922, instalando la Central Hidroeléctrica "Los Chillos", con una
potencial total de 1.760 KW la misma que se encuentra ubicada en el cantón Rumíñahui y
utiliza las aguas del río Pita.
:
.
i
El 16 de julio de 1932 'The Quito Electric Light and Power Company", vende a
"Eléctrica Quito" todos sus bienes muebles e inmuebles.
El I. Municipio de Quito, el 16 de mayo de 1935, celebró un contrato con la casa AEG
de Alemania para la instalación de la Central Guangopolo.
El 6 de octubre de 1937» el Concejo Municipal dictó la Ordenanza No. 479, creando la
Empresa Municipal como Empresa Técnica Comercial, dependiente del Concejo. El 21 de
noviembre del mismo año se inaugura el servicio de la planta eléctrica municipal ubicada
junto a la población de Guangopolo y el 5 de noviembre de 1946 el I. Municipio compró "La
Eléctrica Quito" con todas sus instalaciones y equipos.
El 29 de Noviembre de 1955 se creó la Empresa Eléctrica "Quito" S.A., para poder
satisfacer las necesidades de los habitantes de Quito en lo que tiene que ver con la
distribución de energía eléctrica y el Alumbrado Público, en este entonces contaba con 15.790
abonados y una demanda máxima de 7.840
Han transcurrido hasta la fecha un total de 46 años, en los que se incrementan los
abonados así como la potencia instalada, en lo que tiene que ver con el alumbrado en calles y
avenidas ha ido creciendo paulatinamente ya que se ha desarrollado la ciudad y a tenido un
1
crecimiento la población. [1]
En los primeros años de la fundación de la empresa se utilizaba lámparas
incandescentes y candelabros decorativos, para poder iluminar calles y plazoletas, que para la
fecha no eran malos pero mientras transcurrieron los años tuvieron que ser cambiados por lo
que hasta ahora tenemos lo que son las lámparas de descarga que tienen mayor rendimiento y
menor^pérdidas que las instaladas anteriormente,
El presente esnidio tiene por objetivo disminuir considerablemente el porcentaje de las
pérdidas de energía en el Alumbrado Público, por lo que se toma en cuenta el elemento
importante para el alumbrado que es ía luminaria y se hace un estudio de sus componentes
como son el balasto, la eficiencia en ios mismos y realizar un mantenimiento técnicamente
estructurado para disminuir pérdidas.
Existen varios elementos que influyen en la evaluación financiera de los costos de
una instalación de alumbrado. En la mayor paite de los casos, el consumo de energía es uno
de los elementos principales de
costo, por lo tanto empleando una instalación de
alumbrado eficiente se puede conseguir ahorros importantes sin menoscabar la calidad del
alumbrado
•*
El objetivo de! Alumbrado Público es proporcionar el traslado seguro, rápido y cómodo
de los usuarios en la existencia de buenas condiciones de visibilidad.
El alumbrado debe satisfacer tanto a los conductores como a los peatones; pero, en la
práctica debe atender principalmente a los necesidades de los conductores para establecer
las regulaciones correspondientes.
Para el peatón son esenciales la visibilidad de las aceras, los vehículos y los obstáculos, asi
como la ausencia de zonas obscuras en las calles. Los objetivos anteriores y la apariencia
agradable de las vías iluminadas deben obtenerse dentro de los límites aceptables de costos
de instalación y mantenimiento. La economía y estética de ía instalación depende de!
carácter de la vía, su situación, la naturaleza y el volumen de tránsito [3].
Es claro que las perdidas en ias lámparas de descarga es menor que en las
incandescentes, pero no es menos cierto que mientras ha ido creciendo la población de la
ciudad ha crecido el número de luminarias para satisfacer las necesidades de iluminación,
en lo que tiene que ver a calles, avenidas, plazoletas, etc.
En nuestro país poco o casi nada de interés se ha dado a las pérdidas de energía en
las lamparas de Alumbrado público, es por eso que junto con el departamento de
Alumbrado Público de la Empresa Eléctrica Quito S.A. esta trabajo presenta criterios a
tomar en cuenta para la reducción de energía en lo que tiene que ver a Alumbrado público.
El consumo de energía eléctrica en nuestro país aumenta cada vez más, lo que
constituye un factor preocupante hoy en día, ya que afecta la vida de toda la población.
Siguiendo este ritmo de crecimiento en el consumo de energía, en poco tiempo
afrontaremos grandes riesgos de racionamiento o aumentos importantes en nuestras cuentas
de energía, por lo que la Empresa ha tomado como norma en tiempos de racionamiento
hacer cortes en el suministro de energía (2)
Pero ello perjudica a la Empresa como tal ya que no vende esa energía, la está
perdiendo y los planes de contingencia solamente reportan un porcentaje bajo de reducción
de consumo de energía en la ciudad, por lo que este trabajo propone una política para poder
ahorrar energía y no solamente ahorrarla sino también poder vender la energía ahorrada y la
que por racionamiemo se dejó de vender.
CAPITULO
Ií
DISPOSICIÓN DE LAS LUMINARIAS, CONCEPTOS
2.1 DISPOSICIÓN DE LAS LUMINARIAS EN LA VÍA
Para conseguir una buena iluminación, no basta con realizar los cálculos,
debe
proporcionarse información extra que oriente y advierta al conductor con suficiente
antelación de las características y trazado de la vía. Así en curvas es recomendable situar
•*
los faroles en la parte exterior de la misma, en autopistas de varias calzadas ponerías en la
mediana o cambiar el color de las lámparas en las salidas. (4)
Tenemos los siguientes casos:
4 Tramos rectos de vías con una única calzada
+ Tramos rectos de vías con dos o más calzadas
i
+ Tramos curvos
* En las plazas y glorietas
* En los pasos de peatones
4 La presencia de árboles en la vía
En los iranios recios de vías con mía íntica calzada existen tres disposiciones básicas:
unilateral, bilateral tresbolillo y bilateral pareada. También es posible suspender la
luminaria de un cable transversal pero sólo se usa en calles muy estrechas.
t
I
I""
Unilateral
T T .T
T
T
T
Pareada
T
FIGURA 2,1.- Tramos rectos de vías con una única calzada
-T
-1- i- 1 i-
Tresbolil o
T
Suspendida transversal
La distribución unilateral se recomienda si el ancho de la vía es menor que la altura
de montaje de las luminarias. La bilateral tresbolillo si está comprendida entre 1 y 1.5 veces
la
altura
de
montaje
y
la
bilateral
pareada
si
es
mayor
de
1.5,
RELACIÓN ENTRE EL ANCHO DE LA VÍA (H) Y LA ALTURA
TIPO
DE MONTAJE(W)
j
Unilateral
A/H<1
Tresbolillo
1<A/H^1.5
Pareada
Suspendida
.
!
i
A/H>LS
Calles muy estrechas
TABLA 2.1. - Relación entre el ancho de la vía y la altura de montaje
ft = El ancho de la vía
M = La altura de la luminaria
En el caso de tramos rectos de vías con dos o más calzadas separadas por una
mediana se pueden colocar las luminarias sobre la mediana o considerar las dos calzadas de
forma independiente. Si la mediana es estrecha se pueden colocar farolas de doble brazo
que dan una buena orientación visual y tienen muchas ventajas constructivas y de
instalación por su simplicidad. Si la mediana es muy ancha es preferible tratar las calzadas
de forma separada. Pueden combinarse los brazos dobles con la disposición a! tresbolillo o
aplicar iluminación unilateral en cada una de ellas. En este último caso es reccmendabíe
poner las luminarias en el lado contrario a la mediana porque de esta forma incitamos al
t
usuario
a
circular
por
el
carril
de
la
derecha.
Combinación brazos
dobles y tresbolillo
~i—i—-i—i™
I I I I I
_4—I—I—I-4
f
-i—i—i—i—i—
Unilateral en calzadas diferenciadas
FIGURA 2.2.- Tramos rectos de vías con dos o más calzadas
CentraFcon doble brazo
En tramos curvos las reglas a seguir son proporcionar una buena orientación visual y
hacer menor la separación entre las luminarias cuanto menor sea el radio de la curva. Si la
curvatura es grande (R>300 m) se considerará como un tramo recto. Si es pequeña y el ancho
de la vía es menor de 1.5 veces la altura de ías luminarias (A / H < 1.5) se adoptará una
disposición unilateral por el lado exterior de la curva.
En el caso contrario si el ancho de la vía es mayor 1.5 veces la altura de las luminarias
(A / H>1.5) se recurrirá a una disposición bilateral pareada, nunca tresbolillo pues no existe
información sobre el trazado de la carretera.
RADIO DE
ASIMILAR A UN TRAMO
CURVATURA
RECTO
R>3COm
A/H<1.5
Unilateral exterior
R<300m
A/H>1.5
Bilateral pareada
'
TABLA 2,2. - Asimilar a un tramo recto
Unilateral por el lado exterior
10
FIGURA 2.3.- Tramos curvos
Disposición correcta de las
luminarias en una curva
Bilateral pareada
En cruces conviene que el nivel de iluminación sea superior al de las vías que
confluyen en él para mejorar la visibilidad. Asimismo, es recomendable situar las farolas en
el lado derecho de la calzada y después del cruce. Si tiene forma de T hay que poner una
luminaria ai fínal de la calle que termina.
En las salidas de autopistas conviene colocar luces de distinto coícr al de la vía
principal para destacarlas. En catees y bifurcaciones complicadas es mejor tener una buena
iluminación por lo se recurre a iluminación con proyectores situados en postes altos, más de
20 m, pues desorienta menos al conductor y proporciona una iluminación agradable y
uniforme. (Ver FIGURA 2.4)
En las plazas y glorietas se instalarán luminarias en el borde exterior de estas para que
iluminen los accesos y salidas. La altura de los postes y el nivel de iluminación será por lo
menos igual al de la calle más importante que desemboque en ella. Además, se pondrán luces
en las vías de acceso para que los vehículos vean a los peatones que crucen cuando
abandonen la plaza.
Si son pequeñas y el terraplén central no es muy grande ni tiene arbolado se puede
iluminar con un poste alto mulíibrazo. En otros casos es mejor situar las luminarias en el
borde del terraplén en las prolongaciones de las calles o avenidas que desemboca en esta para
tener una mejor visualización. ( Ver FIGURA 2.5)
Cruce de 4
til
r
12
FIGURA 2.4.- En emees
\\e en T
MPt
I 1.1 1
rt
13
r
it
'i
"
"\
jr/B jf/"
mjffi^m\m \'
FIGURA 2.5.- En plazas y glorietas
f
• *V
^KV /
ií
En los pasos de peatones las luminarias se colocarán antes de los pasos peatonales,
según el sentido de la marcha de los vehículos de tal manera que sea visible tanto por los
peatones
y
personas
discapacitadas
como
para
los
conductores.
a con una cazada
Vía con una cazada
y un único sentido
""' f
FIGURA 2.6.- En pasos de peatones
14
Por último, hay que considerar la presencia de árboles en la vía. Si estos son altos,
de unos 8 a 10 metros, las luminarias ?e sitv.srán a su misma altura. Pero si son pequeños las
farolas usadas serán más altas que estos, de 12 a 15 m de altura. En ambos casos es
recomendable podarlos periódicamente [4]
«
'
con IDO es
FIGURA 2.7.- En presencia de árboles en la vía
2.2. NIVELES DE ILUMINACIÓN RECOMENDADOS
Los niveles de iluminación recomendados dependen, de las normativas en vigor en cada
territorio, aunque muchas de ellas toman como referencia los valores aconsejados por la
CIÉ,
Según esta, las vías se dividen en cinco tipos de acuerdo con las características del
tráfico, de la vía y de los alrededores.(Tabla 2.3)
CONTROL DEL
4
CQEFICIHNTEÍI)E
LUMINANCIA
TIPO DE ENTOR
CATEGORÍA
YÍA*
DESLUMBRAMIENTO
UNIFORMIDAD
MEDIA LM
NO
(CD/M2)
Global Longitudinal
U0
A
Claro
A
£2
Ciare
BÍ
~T¿2
Oscuro
B2
S
Claro
Cl
¿2
B
Perturbador
G
TI
~$6~ '
^10 %
UL
£0.7
¿5
^6
~^5
^20 %
76
íslO %
>0.4
C
D
Molesto
Oscuro
C2
£l
Claro
D
¿2
Claro
El
S
Oscuro
E2
£0.5
>Q,5
l~ ?4
E
í
TABLA 2.3.-Valores recomendados por ía CIÉ (1977)
Fuente: Referencia (4)
* Ver
v anexo 1
?4
"
ÍÍ20 %
Los valores indicados en la tabla son luminancias, no iiummancias, ya que son estas
!as responsables de producir la sensación de visión. A partir de 1995 la CÍE ha establecido
unas nuevas recomendaciones más acordes con las últimas investigaciones sobre el tema.
(Tabla 2.4)
CO E :r rCX¿?n' ;. S
UJMÍNANCIA
-CATEGORÍA >ÍÍ:Í>ÍA LM*
I>£
CONTROL DEL
UNIFOSMÍDAÜ*
OESLlíMBRAMlENTO*
Global Perturbador
TI
ALREDEDORES 1
SH
(CO/M2)
Uo
MI
>2.00
M2
£1.50
M3
£1.00
M4
2Q.15
M5
£0.50
TI
X3.7
1
X).4
<10
^0.5
<15
—
i
>0.5
—
TABLA 2.4. - Valores recomendados por la CIÉ (1995)
Fuente: Referencia [4]
* Ver Glosario
Además de estas recomendaciones que se aplican en los tramos normales de las vías
hay que considerar que en las zonas conflictivas (cruces, intersecciones, estrechamiento de
la vía o del número de carriles, zonas con circulación de peatones o vehículos lentos que
dificulten la circulación, rotondas, pasos a nivel, rampas, etc.) suele ser necesario un
incremento de los requerimientos luminosos.
17
Si trabajamos con luminancias hay que aumentar en una unidad la c.- .egoría de la vía
de valor de Mx más alta que converja en la zona. Cuando sea del tipo MI a dicha zona
también se aplicará este criterio.
NIVEL MEDIO
CQEFGLOBAL!
¡CATEGORÍA 1LUMJNANCJA UNIFORMIDAD ;
£ M (LUX)
^50
C1
Ci
C5
^7.5
TABLA 2.5, - Valores recomendados por la CIE''(1995)
El número de la categoría de la zona de conflicto (Cx) no será menor que el de la
vía de mayor categoría (Mx) que confluya en la zona. [4]
2.3, TIPOS DE ALUMBRADO PÚBLICO
Existen tres tipos de sistemas de alambrado:
1.- Por hilo piloto.
2.- Redes Independientes a 240 V.
3.- Doble red.
V
1.* El primero, utilizado en calles, aveaidas, barrios y urbanizaciones, representa el caso
mas frecuente, en el cual las redes de alumbrado público vienen caracterizadas por un hilo
lero en las redes de baja tensión.
*
este caso se conectan en un terminal de las luminarias a una fase de la red de baja
y el otro al hüo piloto , el cual obviamente será otra de las fases de la red; este
ute*> conectándose por el accionamiento de los switches de control de alumbrado público.
2 - 3 segundo, utilizando principalmente en autopistas, carreteras, etc. es un sistema que
rsste en redes independientes de alumbrado públicp preferentemente se lo realiza a un
nominal de 240 V.
3 .- H tercer sistema que ha sido encontrado en algunas avenidas o autopistas, en las cuales
ev^r: usuarios residenciales y/o industriales, dispone de 2 redes diferenciadas, una red de
ha¿ "ensión para servicio de los usuarios y otra para servicio exclusivo de Alumbrado
2.3,1 ALIMENTACIÓN Y SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA ALUMBRADO PÚBLICO
Las lámparas o luminarias se conectan en paralelo coa su fuente de alimentación y el
voltaje depende de la potencia instalada. El sistema de distribución preferido es por lo general
el trifásico con neutro, distribuyendo las lámparas entre las fases y el neutro de manera que se
equilibran las cargas.
4*.
;
•
-I
i.
H V.
FIGURA 2.8. - Diagrama de alimentación trifásica con encendido por celda fotoeléctrica
Este sistema de distribución es usado en calles y centros urbanos así como para caües
que se encuentran fuera de las zonas de alta densidad de población. Cada sección de
alimentación puede variar entre 300 y 500 inetros con la posibilidad de tener distintos puntos
de alimentación.
La alimentación con sistema monofásico ( fase y neutro) se recomienda que se adopte
sólo en los casos de instalaciones con cargas pequeñas, es decir, que se alimente a un número
reducido de secciones de iárnparas.fó]
t/
i
->;
H
FIGURA 2.9. - Dia&xama de aJimentación monofásica con encendido por celda fotoeléctrica
7.1
2.3.2
ACCIONAMIENTO
. DE
LAS
INSTALACIONES
.DE
ALUMBRADO
PUBLICO
La conexión y el accionamiento eléctrico de las instalaciones de alumbrado público
actualmente se realizan, casi exclusivamente, por medio de interruptores crepusculares y
horarios distribuidos en tantos circuitos como el diseñador estime conveniente, aunque
añadiendo un interruptor manual de accionamiento, en este tipo de instalaciones, como ya
describimos en el apartado anterior.
Además hay que tener en cuenta las secciones mínimas de los conductores, tanto de
*
la línea como de las distribuciones a las luminarias, así como la protección independiente
contra cortocircuitos que toda luminaria debe llevar y que se puede hacer por medio de
cartuchos fusibles o de interruptores magneto térmicos, colocados en las bases de las
columnas generalmente, y sin olvidar la conexión a la red de tierras, de toda columna o
soporte metálico, solidario con éstas.
En la figura 2.10,, hemos visto un ejemplo de una instalación sencilla de este tipo,
en la cual se han pretendido resaltar ios elementos de accionamiento, protección y
secciones mínimas requeridas, más requeridas, más que el circuito eléctrico en sí.(6)
interruptor
crepuscular
Contactor
Interruptor manual
ESQUÍMA DE PRINCIPIO
Entrada 220 V
• t. crepuscular
I manual
'-..•'R....S T
/ ='
'//V;
7/7'
Mínimo 1,S.mm.2A,000 V
,>"'
Mínimo 2,5 rrim?/1.QOO V.
..
^~-<»—^
,.,
Situación cíe!
míerrupíor cmpuscular
ESQUEMA GENERAL
FIGURA 2.10. - Ejemplo de instalación de Alumbrado Púbíico con aumentación írifásica y
contactor de maniobra
CAPITULO II!
FUENTES LUMIONOSAS, CARACTERÍSTICAS, CONCEPTOS
3.1 LÁMPARAS Y LUMINARIAS
Las lámparas son los aparatos encargados de generar la luz. En la actualidad, en
alumbrado público se utilizan las lámparas de descarga frente a las lámparas
incandescentes por sus mejores prestaciones y mayor ahorro energético y económico.
Concretamente, se emplean las lámparas de vapor de mercurio a alta presión y las de
*
vapor de sodio a baja y alta presión.(7)
Las luminarias, por el contrario son aparatos destinados a alojar, soportar y
proteger la lámpara y sus elementos auxiliares además de concentrar y dirigir el flujo
luminoso de esta. Para ello, adoptan diversas formas aunque en alumbrado público
predominan las de flujo asimétrico con las que se consigue una mayor superficie
iluminada sobre la calzada.
Las podemos encontrar montadas sobre postes, columnas o suspendidas sobre cables
transversales a la calzada, en catenarias colgadas a lo largo de la vía o como proyectores en
plazas y cruces.
En la actualidad, las luminarias se clasifican según tres parámetros;
• Alcance
•
Dispersión y
•
Controi
Que dependen de sus características fotométricas. Los dos primeros nos informan sobre
ía distancia en que es capaz de iluminar la luminaria en las direcciones longitudinal y
transversal respectivamente. Mientras, el control da una idea sobre el deslumbramiento que
produce la luminaria a los usuarios. [7]
3.1.1 ALCANCE
El alcance es la distancia, determinada por el ángulo YMAX» en que ía luminaria es
capaz de iluminar ía calzada en dirección longitudinal. Este ángulo se calcula corno el valor
medio entre los dos ángulos correspondientes al 90% de IMAX que corresponden al plano
donde
la
luminaria
presenta
el
máximo
de
la
intensidad
luminosa.
)iagrama polar de IM
Alcance corto
60°
Alcance intermedio
60° ^?MAX< 70°
Alcance largo
70°
FIGURA 3.1. - .Alcance longitudinal
3.1.2 DISPERSIÓN
La dispersión es la distancia, determinada por el ángulo %0, en que es capaz de
iluminar la luminaria en dirección transversal a la calzada. Se define como la recta tangente
a la curva isocandela del 90% de IMAX proyectada sobre la calzada, que es paralela al eje de
esta
y
se
encuentra
más
alejada
de
la
luminaria.
Dispersión estrecha
Disersión media
Dispersión ancha
'
te>55c
— Diagrama isocandela proyectado
en la ca
FIGURA 3.2.- Dispersión transversal
Tanto el alcance como la dispersión pueden calcularse gráficamente a partir del
diagrama isocandela relativo en proyección azimutal.
Curva isoeandaU
' FIGURA 3.3.- Alcance y dispersión de una luminaria
270
SO.
:
_2SJ
310
:
330. 3500 10
30
3J __ 70 _ 93
; - ^ ^^_^_r^^¿^^^_^---•; -90
SO
Alcance 53
50
50
• s&x
.„.—
..
....,-.,-.... BOX..-' .• 42 Dispersión
40 ••, ••-,,- •• .,,--/• ; \- . •;.-: . -40
„.- •••-. 40/ ::—- \50•.-- •
30 •--- ??.?:.:<::, ":\ -'30
20
20
O
Lado acera
Lado calzada
•rFIGURA 3.4. - Método gráfico para calcular el alcance y la dispersión
3.1.3 CONTROL
Por último, el control nos da una idea de la capacidad de la luminaria para limitar
el deslumbramiento que produce.
CONTROL LIMITADO
CONTROL MEDIO
CONTROL INTENSO
SLK2
2 ^ SLÍ í 4
SLI>4
Donde la fórmula del SLI (índice específico de la luminaria) se calcula a partir de
las características de esta. [7]
3.2 TIPO DE LAMPARAS
La selección del tipo de lámpara a usarse está determinado por diversos factores, entre
la que se puede citar como más imponantes los siguientes: el rendimiento luminoso, la
utilización anual, costo de adquisición, color de luz, influencia de las fluctuaciones de voltaje
de 3a red, temperatura ambiente, flujo luminoso y apariencia.
Luminaria Hourescents
Luminaria de
Alumbrada Pufclito
Luminaria
Decorativa
Luminaria
FIGURA 3.5. - Ejemplo de Luminarias
Las fuentes luminosas (cada uno de ios cuales tiene voltajes para sistemas particulares)
que se usan actualmente para .Alumbrado Público son del tipo de descarga, en mercurio o en
sodio. [5]
3.2.1 LAMPARAIS DE DESCARGA
Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una
manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Por esc, su uso está tan
extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a
descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión
a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus
propias características luminosas.
3.2,1.1 FUNCIONAMIENTO
En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica
entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado.
Electrodo
—i
Corriente:
Electrodo
Tubo de descarga
Red
o
CQ
FIGURA 3.6. - Funcionamiento de una lámpara de descarga.
En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la
diferencia de potencial entre ios electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones
que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de
los átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas.
La primera posibilidad es que la energía transmitida en el cheque sea lo
suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su órbita^ Este, puede a su vez,
chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita,
se puede producir ia destrucción de la lámpara por un exceso de comente.
La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser arrancado.
En este caso, el electrón pasa a ocupar otre^orbital de mayor energía. Este nuevo estado
acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la situación inicial. Al hacerlo, el
electrón libera la energía extra en forma de radiación electromagnética, principalmente
ultravioleta (UV) o visible. Un electrón no puede tener un estado energético cualquiera, sino
que sólo puede ocupar unos pocos estados que vienen determinados por la estructura
atómica del átomo.
Como la longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a la diferencia de
energía entre los estados inicial y final del electrón y los estados posibles no son infinitos,
es
fácil
comprender
que
el
espectro
de
estas
lámparas
sea
discontinuo.
w c
oo
y -u c
*L
Ü> Oí
O Oí
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X
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ifl
1
*
j
!
Ai
E.a. Energ» abscrvida
A2
!
Lcrgilud de onda
E.e. rad. Energía ettáida por radiación
FIGURA 3.7. - Relación entre los estados energéticos de los electrones y las franjas
visibles en el espectro
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la lámpara no es blanca (por
ejemplo en las lámparas de sodio a baja presión es amarillenta) Por lo tanto, la capacidad cié
reproducir los colores de estas fuentes de luz es, en general, peor que en el caso de las
lámparas incandescentes que tienen un espectro continuo. Es posible, recubriendo el rabo
con sustancias fluorescentes, mejorar la reproducción de ios colores y aumentar la
eficacia de las lámparas convirtiendo las nocivas emisiones ultravioletas en luz visible.(8)
3.2.1.2 ELEMENTOS AUXILIARES
•k
Para que las lámparas de descarga funcionen correctamente es necesario, en la
mayoría de los casos, la presencia de unos elementos auxiliares: cebadores y balastos.
Los cebadores o ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de
4
tensión entre los electrodos del tubo, necesario para iniciar la descarga y vencer así la
resistencia inicial del gas a la corriente eléctrica. Tras el encendido, continua un período
transitorio durante el cual ei gas se estabiliza y que se caracteriza por un consumo de
potencia superior al nominal.
A diferencia de las lámparas incandescentes, estás lámparas necesitan para su
funcionamiento un limitador de corriente debido a la característica de corriente
que
presentan. Este limitador de corriente puede se resistivo, capacitivo o inductivo. El más
usado es el inductivo y se le denomina como balasto
Los balastos, son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la
lámpara y evitar así un exceso de electrones circulando por el gas que aumentaría el valor
de la corriente hasta producir la destrucción de la lámpara. (8)
1.5
NÚ
Onda de corriente
retrasada
¿
FIGURA 3.7 Característica de las ondas de voltaje y comente de un balasto
Toda lámpara de descarga necesita una impedancia en serie que limita la corriente
eléctrica que le atraviesa. Si no se utilizara tal dispositivo no habría nada que evitara el
aumento gradual de corriente hasta un valor que destruyera la lámpara. Tal impedancia,
llamada normalmente balasto, forma parte del elemento auxiliar necesario para el
funcionamiento de la lámpara. Aparte de estabilizar adecuadamente la corriente de ía
lámpara, el balasto debe;
a) Tener un alto factor de potencia para garantizar el uso económico de la energía
b) Generar el mínimo posible de armónicos.
c) Presentar alta impedancia a las audiofrecuencias.
d) Suprimir apropiadamente las interferencias de radio provocadas por la lámpara.
e) En muchos casos proporcionar a ia lámpara las condiciones necesarias para e!
encendido.
Otro grupo de requisitos viene impuesto por el deseo del fabricante de luminarias y por el
usuario de tener balastos de pequeñas dimensiones, pocas pérdidas, larga duración y muy bajo
nivel de zumbido. [9]
El capacitor es otro elemento'auxiliar, como normalmente las reactancias de uso industrial
son de tipo inductivo y su f. De p Está en torno a 0.5, se han de asociaija ellas, reactancias de
tipo capacitivo para que el factor de potencia del conjunto se aproxime a la unidad. Esta
reactancia capacitiva consiste en uno o varios condensadores, cuya instalación es conveniente
hacerla próxima a la reactancia inductiva con el fin de poder disminuir los conductores para
una intensidad lo más pequeña posible, lo que no lograremos si se coloca los condensadores al
principio de una instalación.
El condensador conectado en paralelo a la red, ha de ser del valor adecuado para que la
intensidad reactiva en adelanto de fase absorbida por él, Ic, compuesta con la que circule por
la lámpara, IL, dé una intensidad absorbida de red, IT, cuyo factor de potencia sea próximo a la
unidad (ver Figura 3.8)
Vred
FIGURA 3.8 Corrección del factor de potencia colocando un condensador en paralelo
La tensión a soportar por el condensador es la de la red, y la tolerancia admitida en
capacidad suele ser de ± 10 % de su valor nominal.'[10]
Siendo:
VRED ^ Tensión de alimentación
IL
~ Corriente absorbida por el equipo sin compensar
Ic
- Corriente absorbida por el condensador
IT
*= Corriente en red tras la compensación.
O
= Ángulo de desfase después de la compensación
q>
= Ángulo de desfase antes de la compensación.
Los accesorios electrónicas en las instalaciones de alumbrado cada vez
son más
utilizados componentes o accesorios electrónicos que por su fácil instalación y fíabilidad de
funcionamiento facilitan la automatización y el control remoto.
Los interruptores crepusculares, como su propio nombre indica, son aparatos electrónicos
que cierran o abren ui?o ú varios circuitos cuando varía la intensidad luminosa que incide
sobre ellos. Por tal motivo, se emplean actualmente para el encendido y apagado del
Alumbrado Público.
i
La ventaja de estos aparatos, es que en estás, no es necesario modificar a lo largo de las
estaciones su momento de respuesta, incluso ésta varia automáticamente de un día muy claro
a otro completamente nublado, col 10 cual se consigue una perfecta automatización en el
encendido o apagado. En esencia, y sin entrar en detalles de funcionamiento, los interruptores
crepusculares constan de tres partes principales:
'ver anexo 2 para el cálculo de condensadores de las diferentes luminarias
-> La célula o foto captador de luminosidad
>> Los circuitos amplificadores y de ajuste
? Los circuitos de alimentación y utilización.
La célula o foto captador de luminosidad. Es el elemento detector del interruptor y suele
ser una íbíoresistencia, cuyo valor varía con la intensidad luminosa. Según el modelo y
utilización del interruptor crepuscular, puede ir como elemento aparte o incorporado a la caja
que contiene e-1 resto de los circuitos.
Los circuitos amplificadores y de ajuste Son los circuitos que amplifican las pequeñas
variaciones de la resistencia del captador y activan el relé de salida. Estos circuitos incorporan
además retar/dadores de encendido y apagado de uno o varios minutos como protección contra
falsas maniobras y deslumbramientos, así como potenciómetros de regulación para ajustar la
intensidad luminosa a la cual deseamos que se active el relé, y que puede estar comprendido
entre O y 20.000 lux, según marca y modelo elegido.
Los circuitos de alimentación y utilización. Como todo circuito electrónico necesita
una alimentación para que pueda funcionar, que por lo general es 3 220 V, y como circuitos
de salida y utilización suelen disponer de un relé con uno o varios contactos de entre 10 y 16
amperios, que son los que actúan como interruptores propiamente dichos. Si la capacidad de
los contactos no es suficiente para la instalación que debemos accionar se puede intercalar un
contactor entre el interruptor crepuscular y los circuitos de alumbrado.
Actualmente se fabrican interruptores crepusculares combinados con interruptores
horarios, todo ello incluido en la misma caja, con el fin de hacer más fácilmente
automatizaciones que requieren, los dos tipos de interruptores. [6]
í, horario/crspuscular
R
ACOONAMJtNTO DEL ALüMBRAOO
CON INTtRRUPTOfí Cñ£FU5CULAR/HO».AF.
N
m
'¿¿í:
FIGURA 3,9. - Instalación de Alumbrado Público con interruptores crepuscular y horario
3.2,2 CLASIFICACIÓN DE LAS LAMPARAS DE DESCARGA
Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio o
sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión) Las propiedades varían
mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u
Otros, [5]
•
Lámparas de vapor de mercurio:
•
Baja presión:
*
•
•
Lámparas fluorescentes
Aira presión:
*
Lámparas de vapor de mercurio a alta presión
»
Lámparas de luz de mezcla
Lámparas de vapor de sodio:
»
Lámparas de vapor de sccio a baja presión
•
Lámparas de vapor de sodio a alta presión
3.2.2.1 LAMPARA DE MERCURIO A ALTA PRESIÓN
3.2.2.1.1
FUNCIONAMIENTO
En estas lámparas, la descarga tiene lugar en un tubo de descarga de cuarzo. Una pane
de la radiación de la descarga se da una forma de luz, en la región visible del espectro pero
otra parte emite en la región ultravioleta.
Pérdidas
por calor
infrarrojo
15%
Utravioeía
JML
HÍHfsli
1£ W
10.J7Ü
FIGURA 3.10. - Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión
Para aprovechar la radiación emitida en la región ultravioleta, se cubre la superñcie
interna de la ampolla exterior en que va alojado el tubo de descarga, con un polvo
fluorescente para que convierta la radiación ultravioleta en radiación visible, mejorando de
esta manera la composición espectral de luz.
El tubo de descarga en estas lámparas contiene una pequeña cantidad de mercurio y un
gas de relleno inerte, normalmente Argón.
La cantidad de mercurio varía con la potencia de la lámpara y se selecciona dé modo
que cuando la lámpara alcance su temperatura de trabajo, iodo el mercurio se haya vaporizado
y el voltaje de arco, se encuentra dentro de las tolerancias especiñcadas.
El gas inerte se necesita únicamente para ayudar en el arranque de la descarga y
también para garantizar una vida razonable a los electrodos. [11]
41
Soporte de
Ampona
^-Electrodo
pmcipal
Resistencia
de arranque
A
Casqmüo
FIGURA 3,1 L * Lámpara de mercurio a alta presión
3.2.2,1.2 ENCENDIDO
El encendido de una lámpara de mercurio de Alumbrado Público se consigue mediante
un electrodo auxiliar o de arranque, el que se ubica a una distancia muy cercana de uno de los
electrodos principales y se conecta al otro mediante una resistencia de alio valor,
normalmente 25 Kfl
Cuando se conecta la lámpara se presenta un gradiente de alto voltaje entre uno de los
electrodos principales y el auxiliar de arranque que ioniza el gas en forma de descarga
luminosa, permaneciendo la comente limitada por el resistor. La descarga luminosa se
propaga a través del tubo de descarga bajo la influencia del campo eléctrico existente entre los
des electrodos principales.
Cuando la descarga luminosa alcanza el electrodo más alejado, se incrementa la
corriente considerablemente. Como resultado de esto, los electrodos principales se calientan
hasta que la emisión aumenta lo suficiente como para permitir que la descarga luminosa se
transforme completamente en una descarga de arco, el electrodo auxiliar deja de actuar en el
proceso en virtud de la elevada resistencia conectada en serie con él.
£1 período de encendido se define como el tiempo transcurrido desde el momento en
que se conecta la lámpara hasta que alcanza el 80% de emisión de luz total, es
aproximadamente de 4 minutos. Las lámparas de mercurio a alta presión, que llevan una capa
de fósforo para mejorar el rendimiento, se designa como HPL - N y generalmente tiene una
>
*
ampolla exterior ovoidal de vidrio.
Existen lámparas de mercurio que adiciona a la descarga halogenuros metálicos, los
que están fonnados con metales y elementos no metálicos corno flour, cloro, bromo y yodo.
En la practica, los yoduros soa los halogenuros mas frecuentemente empleados en este tipo de
lámparas. [11]
Las lámparas con halogenuros metálicos, se designan con la letra
-> HPÍ forma ovoidal
> HPI - T forma tubular
La lámpara de luz mixta o lámpara de luz mezcla consiste en una ampolla Llena de gas,
revestida con una capa de fósforo que contiene, además, el tubo de descarga de mercurio
conectado en serie con un filamento de tungsteno,
La lámpara de luz mixta o de luz mezcla, es una desviación de la lámpara de mercurio
a alta presión. La principal diferencia es que este tipo de lámpara utiliza un balasto tipo
resistor, Incorporado para limitar la corriente. El balasto, está formado por un filamento de
\wlihitnio en serie con el tubo de descarga.
TM
i í n'~!
1
Vi iaf»fvr
EACi-tlUwU
Tubo
descaiga
Filamento
Electrodo de
Electrodo
Resistencia
d§ arranque
FIGURA 3.12. - Lámpara de luz mixta
La íuz de la descarga del mercurio y la del filamento caliente, se combinan o mezclan
(de aquí su nombre), para dar una lámpara con características de funcionamiento totalmente
diferentes a las que poseen la lámpara de mercurio puro y la lámpara incandescente.
3.2,2.2.2 ENCENDIDO
Las lámparas de luz mixta en la versión ovoide, se suministran en las siguientes
potencias: 100, 160, 250 y 500 W y, se designan por las letras MS. El tiempo de encendido, es
alrededor de cinco minutos. [12]
3.2.2.3 LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN
3.2.13.1 FUNCIONAMIENTO
Las lámparas de Sodio, al igual que las de mercurio para su funcionamiento necesitan
de un limitador de corriente o balasto. Además estás lámparas, emplean un elemento auxiliar
denominado ignitor para el arranque, y se tiene tres tipos de posición de dichos elementos son
los de superposición, paralelo y pulso.
Debido a que necesitan de un kapülio ¿¿ auo voltaje tíiiíie 1,5 y 5 KV. El tubo de
descarga de las lámparas de sodio a alta presión, está hecho a partir de alumina policrisíalina
sintetizada en forma de tubo. Esta es traslúcida, muy hermética al gas, insensible ai vapor de
sodio caliente y con una resistencia razonable a los cheques térmicos.
1 Peradas
por calor
tfr arrojo
••-""
fe^^'
•
Luz visible
'
FIGURA 3,33. - Balance energético de una ¡ampara de sodio a alta presión
Las lámparas de sodio a alta presión, emiten energía en buena parte del espectro
visible. El color de la luz que se obtiene con eí sodio es amarillo.
Existe un tipo especial de lámparas de sodio, que pueden trabajar con ei equipo
eléctrico de las lámparas de mercurio de alta presión, estas lámparas se denominan SON - H.
Actualmente este tipo de lámpara se fabrica en potencias de: 350, 220 y 150 W, los mismos
que pueden sustituir a las lámparas de mercurio de alta presión de: 400, 250 y 175 W
respectivamente.
47
Ampolla
Tubo de
descarga
Cas quiño
FIGURA 3.14 - Lámpara de sodio a alta presión
lámparas de sodio a alta presión con su alta eficiencia y agradables propiedades de
color, encuentran cada día una mayor aplicación en el Alumbrado Público. Los tipos SON y
SON-H, tienen una ampolla exterior elíptica revestida interiormente con un polvo difusor. La
ampolla tipo SON-T, es de vidrio transparente y de forma tubular. [13]
,
3.2.2.4 LÁMPARAS DE SODIO A BAJA PRESIÓN
3.2.2.4.1 FUNCIONAMIENTO
El paso de la descarga eléctrica a través del vapor de sodio» provoca la emisión de una
radiación visible casi monocromática, de lo que se deduce que las lámparas de vapor de sodio
presentarán un rendimiento luminoso máximo, cuando la presión del vapor de sodio sea muy
pequeña ( del orden de 0,1 mm de columna de mercurio)
Pérdidas
por calor
44%
Infrarrojo
Luz visible
31%
FIGURA 3.15. - Balance energético de una lámpara de sodio a baja presión
Las lámparas de sodio a baja presión están formadas, esencialmente por un tubo de
descarga rectilíneo y en forma de horquilla introducido en una campana de vidrio entre el tubo
hace el vacío, ya que para obtener la presión conveniente del vapor, la pared del tubo e
descarga, ha de sssar a una temperatura aproximada de 280° C; y la campana exterior actúa de
aislamiento térmico, con lo que se evitan las pérdidas de calor por radiación. En las lámparas
modernas, el tubo y la campana no son desmontables sino de una sola pieza con lo que el
rendimiento luminoso aumenta en un 25%.
Las lámparas de sodio a baja presión son de cátodo caliente y estáa provistas de
electrodos que se calientan por si mismos, constituidos por un filamento doble o triple espira
lado de tungsteno, en cuyos intersticios se depositan un material emisor de electrones. [12]
de condensación
delvapof desoco
-¿V \I t
3
Electrodos
P1H ////
- f-.'"-'t.:;v.V-'^
f¡
I
iXfvívp /
¡
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i i
!
1
1
I
1
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jX-
/
\X
I
"
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/ /
1 ' '.,:.,•' -:'•-'•' " Vxtít' r
I
vV
V
^
\o ds ds
scarga
.
Casquifio
FIGITRA 3.16. - Lámpara de sodio a baja presión
3.2.2A2 ENCENDIDO
- •
3,2.2.4.2 ENCENDIDO
Con objeto de favorecer el encendido de la lámpara, el tubo de descarga está relleno
de un gas noble, casi siempre neón.
El período de encendido de la lámpara de sodio a baja presión oscila entre 5 y 15
minutos, según los tipos. Durante este período, se inicia la descarga en el gas neón que
rellena el tubo y la lámpara adquiere la luminiscencia rojiza característica de dicho gas;
debido al calor generado por el paso de la corriente en el tubo de descarga, el sodio se
volatiliza, convirtiéndose en vapor e iniciando así la descarga en arco del vapor de sodio.
4
Paulatinamente, la lámpara va adquiriendo el tono amarillo característico del sodio hasta
que, hacia e) final del período de arranque, la luz amarilla del sodio domina completamente
el inicial tono rojizo producido por el neón.
La vida útil de la lámpara de sodio a baja presión es de 10000 horas, al cabo de las
cuales, el flujo luminoso está comprendido entre el 70 y el 75% del valor inicial. Debido a
su luz monocromática, la deformación de los colores de los objetos iluminados es muy
acusada; por dicha razón, este tipo de lámpara no se utiliza muy frecuentemente en
iluminación de interiores. Requieren de equipo auxiliar para la alimentación y sólo
transcurridos de 10 a 15 minutos después de la conexión inicial, se alcanza el 80% de la
emisión máxima.
Las áreas de utilización es para iluminación de bifurcaciones, encrucijada, túneles y para
señalar en general situaciones de peligro. Son óptimo para las zonas de nieblas
frecuentes. (12)
28
125
200
Lámparas
Mixtas
Sodio a alta
presión
Sodio a baja
presión
10000
12000
5000
12000
Alumbrado de zonas residenciales, campos
de deportes y fábricas
APLICACIONES TÍPICAS
Gran variedad de aplicaciones; donde la
economía es más importante que el color
Superior eficiencia; muy larga duración;
gran agudeza visual, mala calidad de
color; luz monocromática
52
Alumbrado Público; alumbrado por
proyectores; industriales; irradiación de
plantas SON - H; sustitución para lámparas
de mercurio
Muy buena eficiencia; extremadamente
larga duración, buena calidad de color
Larga duración, buena calidad de color, Sustitución directa para lámparas
fácil instalación, eficiencia superior a
incandescentes, proyectos industriales y
públicos de pequeño alcance, irradiación de
lámparas incandescentes
plantas
Gran eficiencia; extremadamente larga
duración, aceptable calidad de color
—J -..,
TABLA 3,1. - Características de las lámparas de Descarga
63
Mercurio a
alta presión
TIPO
EFI^ENefcCMÁX, VIDA
DE LA LÁMPARA ECONÓMICA CARACTERÍSTICAS
LÚMENES /VATIO HORAS
4
33
CARACTERÍSTICAS DE LAS LÁMPARAS UTILIZADAS EN
ALUMBRADO PUBLICO
Según el departamento de Alumbrado Público de la Empresa Eléctrica Quito S.A. y
los datos de los fabricantes se tienen los diferentes tipos de lámparas con sus codificaciones
respectivas, la potencia, su capacidad de iluminación y su eficiencia.
Y se puede determinar los siguientes tipos de lámparas:
TEPO DE
LAMPARA
EFICIENCIA
POTENCIA LÚMENES
(W)
j
]
(la»)
(Im/W)
HPL -125
6300
50
Mercurio a
HPL-N175
8700
50
Alta Presión
HPL - N250
130CO
52
HPL - N400
22000
52
MS-iOO
1100
11
¡
MS- 160
3150
20
!
MS - 200
5000
25
SON - i 50
14500
97
SON - 250
25500
102
SON - 400
49000
122
SON-K150
13500
90
-- '~s-v •<• T •^•'-lA
ÜUíS — n¿^U
«L.U / C U
94
.
SON - H350
40500
112
!
SOX - 55
7800
143
SOX-90
13000
146
SOX -190
32500
Luz Mixta
Sodio a
Alta Presión
;
;
:
Sodio a
Baja Presión
)
170
TABLA 3,2. -Características de las lámparas utilizadas en Alumbrado Público
3.4 EFICIENCIA OE.LAS FUENTKS
El desarrollo de las lámparas de vapor de mercurio y de vapor de sodio a alta presión,
1
en las que dentro de una extensa gama de potencias se han llegado a conseguir un alto
rendimiento con una larga vida útil y una aceptable reproducción de los colores, ha motivado
que su empleo se generalice en las modernas instalaciones de Alumbrado Público.
Como se observa en la tabla anterior, se obtendrá un ahorro significativo en e!
consumo de energía, dependiendo del tipo de lámpara que se utilice para los proyectos de
Alumbrado Público.
Es determinante en la eficiencia de la lámpara el tipo de balasto que se utilice en la
lámpara, ya que este influye en la eficiencia de la misma por su consumo de potencia dentro
de la luminaria, la utilización de los diferentes tipos de balastos depende de los diferentes
fabricantes.
La eficiencia de las fuentes luminosas utilizadas en el Alumbrado Público, está dada
por la relación:
Lúmenes / Potencia Total (Fuente + balasto)
De la figura 3.17 se deduce que la fuente de menor eficiencia es la de vapor de
mercurio a alta presión y la de mayor eficiencia es la lámpara de vapor de sodio a baja
presión. [14]
25-
50-
75-
IOO-
125-
150-
I75-
Figura 3.17.
55
- EficioRcTa de las Fuentes Luminosas
LAMPARAS DE MERCURIO A ALTA
PRESIÓN (HPL)
DE: 125-175-250-400 W
lm
LAMPARAS DE
PRESIÓN (SON)
DE: 150,250,400 W
LAMPARAS DE SODIO A BAJA PRESIÓN
(SOX)
DE: 55,90,190 W
SODJO
A
ALTA
CAPITULO
IV
PÉRDIDAS
4.1 PÉRDIDAS EN EL ALUMBRADO PÚBLICO
Las pérdidas en Alumbrado Público están relacionadas principalmente por las que se
producen en las reactancias o balastos y estas son constantes, adicionalmente se tienen
pérdidas en menores cantidades debido a luminarias que se encuentran encendidas durante el
día, pérdidas producidas por luminarias que no disponen de condensador o sea por un bajo
factor de potencia, se puede hablar de pérdidas por el uso de luminarias de baja eficiencia y de
pérdidas en las redes secundarías o sea en los diferentes tipos de alumbrado que se mencionó
en el capítulo Ií. f!5]
Las pérdidas en el Alumbrado Público se producirán por:
> Pérdidas en Jas redes secundarias.
> Pérdidas en el balasto
> Pérdidas por bajo factor de potencia
> Pérdidas debido a fallas del control de encendido
> Pérdidas en luminarias no eficientes
4.1.1 PÉRDIDAS EN LAS REDES SECUNDARIAS
Están asociados principalmente con la resistencia de los conductores y la corriente que
circulan por los mismos, entonces el modelo de la línea de distribución se puede representar
de la siguiente manera:
R
X
o
Vi
En donde:
-
Vj
Vi ~ Voltaje punto i (V)
Vj - Voltaje punto j (V)
}.
R = Resistencia de la línea (Ü)
X - Reactancia de la línea (Q)
FIGURA 4.1, - Modelo de línea de distribución en redes secundarias
La metodología para el cálculo de pérdidas de potencia y energía en circuitos
secundarios, está dirigida hacia circuitos secundarios radiales, los cuales están constituidas
por secciones conformadas entre las distancias de poste a poste o entre poste e intersección
de circuitos. En cada una de estas secciones la carga se encuentra concentrada al final de cada
uno de los mismos.
Entonces las fórmulas para el cálculo de pérdidas de potencia activa en ese tramo
considerando balance de carga que se aplica en este estudio son las siguientes:
•S7
a. Transformador trifásico
Si se considera un circuito secundario alimentado por un transformador trifásico con carga
balanceada, se puede tener Ja siguiente expresión:
-
Tramo trifásico (4 hilos)
3
^Kvftl)
(41)
PU = pérdidas de potencia en un tramo del circuito secundario (W)
r
- resistencia del tramo (Q / Km)
KVA = potencia aparente promedio concentrado hacía el nodo
KVíh = voltaje fase neutro (fé\
L
- longitud del tramo (íífn)
-
Tramo 24» y neutro (3 hilos)
PL2
Tramo una fase y neutro (3 hilos)
b. Transfonnadores monofásico.
Si se considera un circuito secundario alimentado por un transformador monofásico con
carga balanceada.
-
Tramo dos fases y neutro ( 3 hilos)
p
r * _,_
L *
~ '
** "
2
15LJ
KV fc
- (4.4)
Tramo una fase y neutro (2 hilos)
(4.5)
4.1.1.1 PARÁMETROS ELÉCTRICOS EN CONDUCTORES
Para ei cálculo de los KVA-m en conductores utilizamos la ecuación 4.
KVA ~ m =
10 * <V, * KV I
}- * eos é + x * sen $
Los datos de la resistencia r se tomara de la referencia [16] para el cálculo de la
reactancia se utiliza la siguiente ecuación 4.7
. 0.1736 * l n ~
&V/G
(47)
Donde DMG es la distancia media geométrica que depende del espaciamieato entre
los conductores y RMG es el radio medio geométrico que viene tabulado en la referencia [16]
El RMG también puede ser calculado a partir del radio de un hilo del conductor, el
rango utilizado es de 7 y 19 hilos por conductores de esta clasificación tenemos la ecuación
4.8
&V/G
( 7 hilos
) = - . i 77
.RMG
(1 hilos
) - O .0343
PMG
(19 hilos
) - 3.631
RbfG
(19 hitos
) = 0.0352
* r = O . 411
* Ali-
* 10 ^ * A l ' 2
* ,- = 0 . 4 2 2
* Al:'2
* 10 " 3 * A1'2
Donde A es ei área transversal de cada conductor en mils, r es el radio del hilo.
Para el cálculo de DMG se tomaran ios siguientes valores de espaciamiento entre
conductores:
Circuito Secundario:
Monofásico 3 conductores DMG = 20 cm.
N
O
20crn.
O
A
i—
20 cm
B
Figura 4.2, - Monofásico 3 conductores DMG - 20 cm.
Trifásico 4 conductores DMG - 25,2 cm
N
O
25,2 cm.
A
O
i—
25,2
25,2
O
*-
Figura 4.3, - Trifásico 4 conductores DMG - 25,2 cm
t
CONDUCTORES ASC
COND.
CALIBR
DMG(CM)
i*
3<f>
RMG
R
(CM)
(O /KM)
ld>
30
X(Q /KM)
KVA-M
3é(4h)
í?(3h)
4/0
20.00 25.20
0.48
0.30
0.28
0.30
1092.71 730.21
3/0
20.00 25.20
0.43
0.38
0.29
0.31
921.17
2/0
20.00 25.20 !
0.38
0.48
0,32
771.95 - 513.01
I/O
20.00 25.20
0,34
0.60
í 0.30
i
0.31
0.32
640.44
424.64
2AWG
20.00 25.20
0.27
0.96
0,32
0.34
432.24
285.55
4AWG
20.00 25.20
0.21
1.53
0.34
0.36
236055
188.82
i
013.73
|
TABLA 4.1. - Determinación de los KVA- m en ios conductores
4.1.2 PÉRDIDAS EN BALASTOS
Las lámparas de descarga necesitan de un sistema que limite la alta corriente que
requiere el arco y tenga la propiedad de disminuir la resistencia a medida que se calienta por
el paso de la corriente.
El balasto debe proveer el voltaje necesario para el arranque así como limitar la
corriente de- la lampara y regular la potencia de la misma como una función del voitaje de
alimentación y de operación. [17]
Existen dos tipos de balastos comúnmente usados para sistemas de Alumbrado Público
que son:
-
Balasto tipo reactor serie, conocido también como bobina de choke, inductancia serie,
reactancia serie o simplemente reactor.
-
Balasto tipo auto transformador auto - regulado, conccido también como auto regulador o
simplemente regulado.
4.1,2.1 BALASTO TIPO REACTOR SERIE
La variación de voltaje es de ± 5% entre 121 V. y 133 V. para el voltaje nominal de
127 V y entre 209 y 231 V para el voltaje nominal de 220 V.
Existe un bajo factor (conocido como factor de potencia normal) y en alto factor de
potencia.
Las pérdidas en los balastos están relacionadas directamente con la potencia ds la
lámpara utilizada y el voltaje nominal de entrada. [17]
Las pérdidas en e! balasto están asociadas al efecto Joule, que se produce por el
calentamiento de la bobina, estas pérdidas son proporcionales a la potencia de la luminaria y
siempre estarán presentes ya que las luminarias que utilizan lámparas de descarga en gases
necesariamente requieren de un balasto para su funcicnamiento.
i
Otro tipo de pérdidas asociada al balasto es por el bajo factor de potencia del mismo,
esto trae como consecuencia que se incremente la comente de funcicnamiento de la lámpara,
6?.
io que a su voz causa que se incremente las pérdidas en la red de alimentación, el uso del
condensador sirve para compensar el bajo factor de potencia.
Son suscepribies a las variaciones de voltaje por io tanto se reduce su vida útil, a su
vez que no existe la seguridad de lograr el encendido de la lámpara cuando el voltaje de línea
es bajo. [17]
En la tabla 4.2 se muestran las perdidas de los balastos utilizados para lámparas de
vapor de mercurio (HPL), y de sodio de aira presión (SON), según los datos técnicos de los
fabricantes. [18] El porcentaje de pérdidas que se tiene varía entre el 5% y 15%, sin embargo
en la práctica se considera como 25% de pérdidas luego de que se han efectuado las
mediciones correspondientes. [19]
Pérdidas en Balastos
FACTOR DE
PERDIDAS
(V)
POTENCIA
(W)
HPL125W
220
>0.9
12.0
HPL175W
220
;
i
>0.9
14,0
;
HPL2SOW
220
>0.9
16.0
j
HPL400W
220
>0.9
25.0
f
SON70W
220
>0,9
13.0
SON150W
220
>0,9
20.0
SON250W
220
>0.9
25.0
SON400W
220
>o.s'
35.0
LAMPARA VOL NOM
.
:.
¡
¡
TABLA 42. - Pérdidas en Balastos
;
4.1.2.2 jtALASTO TIPO AUTO - TRANSFORMADOR
Se admite una variación de +10% entre 114 y 140 V por el voltaje nominal de 127 V y
entre 198 y 242 V para el voltaje nominal de 220 V.
Es conveniente utilizar balastos tipo auto - transformador, auíoregulado (alto factor de
potencia), debido a que soportan mayores variaciones de voltaje de línea que afectan la vida
del balasto y de la lámpara. [19]
41.2.11 VARIACIÓN PE VOLTAJE
La variación de voltaje influye directamente en la vida útil tanto del balasto como de la
lámpara. [20]
Las características que se tienen al disminuir o al aumentar el voltaje en la lámpara
son:
BAJO VOLTAJE
-
Reducción del flujo luminoso
-
Cambios de color
-
Reduce la vida úiil de la lámpara
ALTO VOLTAJE
-
Aumento del consumo de potencia
-
Cambios de color
/
Reduce la vida útil de la lámpara
-
•*
'
4.1.3 PÉRDIDAS POR BAJO "FACTOR DE POTLNCÍA
Otro tipo de pérdidas que está asociados al bajaste es la que se produce por el factor
de potencia del mismo. Se da el caso que en algunas luminarias de modelos antiguos y
otros de fabricación artesanal no disponen del condensador que es el elemento que sirve
para compensar el bajo factor de potencia, esto trae como consecuencia que se incremente
la corriente de funcionamiento de la luminaria, lo que a su vez causa que se incremente las
pérdidas en las redes de alimentación que dan servicio a la luminaria. [20]
4.1.4 PÉRDIDAS DEBIDO A FALLAS DEL CONTROL DE ENCENDIDO
Otra causa que produce pérdidas de energía, es la debida a fallas del elemento que
controla el encendido (fotocélula) que provoca que la luminaria funcione innecesariamente
en horas del día en que se tiene luz solar, este caso aunque no es frecuente, sin embargo es
necesario mencionarlo y tomarlo en cuenta. [20]
4.1.5 PERDIDAS EN LUMINARIAS NO EFICIENTES
Se puede considerar como pérdidas la utilización de luminarias no eficientes, se
liene un ahorro considerable de energía reemplazando luminarias de menor consumo pero
de mayor rendimiento luminoso, tal es el caso de la utilización de luminarias de vapor de
sodio alta presión en lugar de las luminarias de vapor de mercurio. [20]
Niveles de iluminación medios medidos en luminarias de Mercurio v Sodio.
LUMINARIAS TIPO
NIVELES MEDIOS DE
!
ILUMINACIÓN
LÜXES
Mercurio
125 W
2-3,5
Mercurio
175 W
3.5-4.5
Mercurio
250 W
ó.O - 9.0
Sodio
70 W
5.7-6.5
Sodio
150 W
7.0-8.5
TABLA 4.3.
j
- Niveles de Iluminación medios en luminarias de
Mercurio y Sodio
Fuente: Referencia
[20]
De los resultados observados en la tabla 4.3 se puede notar claramente per ejemplo
que con Ja luminaria de sodio de 70 W se tiene mayores niveles de iluminación medio que con
las luminarias de mercurio de 125 W y 175 W, la luminaria de sodio de 150 W se tiene
mavores niveles de iluminación medio que con las luniir.arias de mercurio de 175 V/.
En el caso de las lámparas del mismo gas, tenernos que en sodio de 150 W se tienen
niveles de iluminación similares que con las luminarias de mercurio de 250 W.
Por lo que es aconsejable cambiarlas lámparas de mercurio de 250 W por las lámparas
de sodio de 150W.
También se debe tener en cuenta que la sustitución de las lámparas se debe realizar
¿
cyando haya transcurrido la vida útil de las lámparas, y se debe tomar en cuerna
Las/ílucruaciones de voltaje en la red ya que ello ocasiona una pérdida en la vida útil de la
lámpara en uso.
El cambio de luminarias se debe hacer no con mantenimientos ocasionales sino con
mantenimientos preventivos y debe ser política de la Empresa realizar dicho mantenimiento
con el departamento respectivo.
i
C A P Í T U L O
V
CASO DE APLICACIÓN
En colaboración con el departamento de Alumbrado Público de la E. E. Q. S.A. se
procedieron a hacer mediciones de pérdidas de potencia en una muestra de los diferentes tipos
de lámparas que sutilizan en el sistema de Alumbrado Público en Ja ciudad de Quito.
Se trjmo con?o referencia Í4 Cuidad'de Quito ya que es uno de los sistemas que tiene
las diferentes luminarias existentes efc-d mercado con sus respectivas potencia, también se
puede notar la gran influencia que tiene el Alumbrado Público en esta ciudad ya que es una de
las ciudades de mayor población del país.
Se puede tomar como base este sistema para el estudio ya que tiene los diferentes tipos
de sistemas de Alumbrado Público que se mencionaron en él capitulo II, ya que es evidente
que el reducir las pérdidas en los balastos se traduce a una disminución de energía y por ende
se traduce en beneficios financieros, económicos para la empresa y para el usuario recibos de
energía eléctrica más convenientes.
U:ego de realizar las mediciones correspondientes de las diferentes marcas de
balastos que dispone la Empresa Eléctrica Quito a través del Departamento de Alumbrado
Público y los diferentes tipos de potencias, se debe tomar en cuenta las diferentes clases de
ignilores, que son equipos utilizados para el arranque de las lámparas de sodio y existen de
tres clases las cuales son:
•
Paralelo
Balasto
Cap
Inginto^
Lámpara
FIGURA 5.1. - Tipo de ignitor paralelo
Jmpulsador
Balasto
Cap
T
'
Ingrntofr
Lámpara
FIGURA 5.2,-Tipo de ignítor impulsador
*
Superposición
Balasto
Cap
Ingbitor
FIGURA 5.3.- Tipo de ignitor de\n
fiQ
Lámpara
Pero para el caso práctico de la toma de lectoras de pérdidas, se utilizó el ignitor ciase
superposición de las siguientes características;
•
TERO: IGSU 400-05
• MARCA: PHILIPS
•
Te » 90° C
•
SON(T) <PWS) ICO, 150, 250, 400 W
•
¿ViH / cDIVÍ 70, 100,150, 250, 400 vV
•
VOLTAJE: 208...240V 50/60 Hz
Se debe tomar en cuenta como se procede para determinar las pérdidas en los balastos
según las normas internacionales.
5,1 MÉTODOS UTILIZADOS PARA MEDIR PÉRDIDAS EN BALASTOS
Estos métodos aquí indicados son según la norma EN 60923
Se pueden utilizar dos métodos, que son
1. Midiendo en cortocircuito, sin utilizar lámpara
2. Midiendo con lámpara de referencia
5,1.1 MÉTODO DE CORTOCIRCUITO
Utilizamos el circuito indicado en la figura para determinar el factor de potencia de la
>
,
. -.,
'
reactancia de referencia. (Ver figura 5.4)
La tensión de alimentación será la correspondiente a cada tipo de reactancia y que es la
resultante de multiplicar la impedancia nominal (Zn) por la intensidad nominal
Balasto de referencia
Alimentación
FIGURA 5.4. - Circuito de ensayo tipo para la determinación del factor de potencia del
balasto de referencia
De la medida así obtenida, será preciso descontar las pérdidas propias del vatímetro y
voltímetro,
Este método es el más r£pido\ exacto, y es el que se utiliza en los balastos de marca
ELI. [21]
5.L2 MJEDIDA DE POTENCIA PÉRDIDA EN REACTANCIA FUNgiQNANDQ CON
En dicho circuito hemos añadido con línea de puntos de conexionado del arrancador AVS
003 y condensador. (Ver circuito de la figura 5.5)
Las lámparas a utilizar serán lámparas de referencia, cuyos valores de tensión,
intensidad y potencia, no deben diferir en más de un 3% de los valores dados por la norma
CEI662,
Balasto de rs falencia
3
1
1
r
í
/I
A
o. -J ,
< i-J
V
FIGURA 5,5, - Circiuto de ensayo tipo para la selección de la lámpara de referencia
El tiempo de estabilización de la lámpara no será menor de 5 minutos, ni superior de 15,
para la medida de la potencia total del conjunto, es necesario pasar ei borne de tensión de
vatímetro del punto 3 al punto i.
Así las pérdidas de la reactancia serán de la potencia total menos la potencia de lámpara y
deduciendo las pérdidas propias del vatímetro y voltímetro Va- [21]
5,2 RESULTADOS
En la Empresa Eléctrica Quito, se utilizan generalmente diferentes marcas de balastos
pero los que se utilizó para las pruebas son los siguientes;
*
ALPHA
•
PHILIPS
- ELT
*
Les resultados fueron ios siguientes:
77
TABLA 5.1. - Datos de }um¡naria d
73
W con balasto philips y tap de 208 y
75
TABLA 5,2. - Datos de lunuiuiria de sodio de 25Ü W con balasto piuüps y tap de 208 V
MARCA:
CONDENS:
ELT
20 nF
210
100
775
L66
176
154
VülJEiitrada VoUCasquillo Voi./Baíasio Corr./Entrada Poí/Aníes Fot/Desp*
V.
V.
A,
W.
\V.
64
32
15
210
205
2.15
78
36_
90
52
210
27
190
i. 90
104
68
120
84
210
47
185
1.80
140
100
154
120
210
75
180
1.75
166
134
170
144
210
90
178
1.70
172.8
148
95
210
176
1.66
174
152
SODíO
150W.
208 V.
76
0.60
0.56
0.49
0.36
0.25
f.P.
0.61
TABLA 5.3. - Datos de luminaria de sodio de 150 W con balasto ELT y tap de 208 V
Estable
5 min.
4min.
3 min.
2min.
Imin.
Inicio
Tiempo
TIPO:
POTENCIA:
TAP:
22
262.1?
Pérdid. Pot. Pérdid. Eiierg
\\hjiliario
• W.
32
1...
«*•*•»
42
38
0.32
060
36
0.90
36
1.33
40
1.42
34
1.60
32
26
1.52
1.65
24.8
22
Utf
135
143
143
210
210
210
6niin.
7mia
Estable
2.15
2.75
143
2.20
2.50
143
147
160
412
412
412
412
448
448
448
454
412
448
77
TABLA 5.-J. - Datos de luminaria de mercurio de 400 W con balasto philips
115
210
420
420
448
448
VoIJEntrada VoUCasquílIo VoIJBalasio CoiT./Enlí-ada Poí/A»tes Pút/Desp.
V.
V.
A.
W.
W.
17
3.35
168
210
205
104
174
116
210
3,30
29
205
202
152
244
200
49
210
198
3.15
2%
238
348
290
210
190
2.95
398
60
356
432
392
210
89
444
2.70
170
414
5min.
4 mi n.
3min.
2min.
1 mía
Inicio
Tiempo
MERClfRIO MARCA:
TlPte
PHILIPS
POTENCIA: 400 W CONOENS:
102
1.01
0.%
0.78
0.67
0.49
0.33
0.21
f.P.
42
36
36
28
28
40
30
42
44
58
58
50
64
58
W.
Pérdid.Pot.
427.80
3.30
3.00
2.10
0,42
0.73
i. 45
1.93
1.75
2.00
1,75
1.87
Péidid.
Eiiérg
YVh/diario
130
130
2(0
210
5min.
Estable
2.05
2.05
152
752
2.10
2.35
155
180
268.8
268
268.8
268.8
268
246
262
232
248
244
248.4
248
248.4
248,4
78
TABLA 5.5. - Datos de luminaria de mercurio de 250 W con balasto alpha
130
210
4min.
•*•
95
210
VolJEiitrad* VoUCasquMo VolJBaliuio COIT./F.IJ irada Fot/Antes Pot/Ocsp.
V.
V.
A.
W.
W.
16
210
205
96
64
3.00
80
108
36
2)0
205
2,90
JE31_
116
170
162
2.65
210
65
195
210
202
3min.
2 min.
Iniin.
Inicio
Tiempo
MERCURIO M á ? C A : i _ A J L P H A
TIPO:
POTENCIA: 250 W. CONDENS:] 201
0.86
0.86
0.82
20.4
20,4
20.4
20
8
14
Í8
20
0.41
0.62
18
8
32
28
Pérdid. Pot.
W.
0.23
«,.n.
r.p.
243.10
t.53
U7
1.36
0.75
(.00
(U5
0.13
0.20
0.47
Pérdid.
Energ
Wh/tUaiio
••••••
5.3 PERDIDAS MEDIDAS EN BALASTOS
Se determinó los valores de pérdidas de las siguientes lámparas
LÁMPARA VOL NOM
FACTOR DE
PERDIDAS
(V)
POTENCIA
(W)
HPL125W
210
>0.9
12.0
HPL175W
210
>0.9
14.0
HPL250W
210
>0.9
20.4
HPL400W
210
>0.9
42.0
SON70W
210
>0.9
13.0
SON150W
210
>0.9
22.0
SON250W
210
>0.9
25.0
SON400W
210
>0.9
42.0
TABLA 5.7. - Pérdidas de Balastos
Con estos datos se piíede/determínar las pérdidas totales de la ciudad de Quito en una
forma aproximada, ya que se ~aebe tomar en cuenta que en el inventario del número de
luminarias instaladas en la EEQ es una aproximación a datos reales
De acuerdo al departamento de Alumbrado Público se tfene/los/siguientes tipos de
luminarias instaladas en la zona norte, sur, urbana y rural; también las luminarias en las
autopistas C, Galarza y G. Rumiñahuí y lo que tiene que ver con la vía del trole, (ver tabla
5.8)
TABLA 5.8 INVENTARÍO DE LUMfNARL^S $.?.Q.S.A,
Departamento de alumbrado púbHco, inventario de luminarias a diciembre del 2001
(Empresa Eléctrica QUHQ SLA.)
LAMINARLA
TIPO
MERCURKXW)
125
¡7?
250
400
SU3TOTAI,
ZOPÍA
XCRTS:
§
i
5
W
16.238
-.1")
o.246
Í19
26,881
ZONA
Sí.lí
,AR£LA t RüA.N'A
TOT Vt
#
W
Z029.750
17.925
207.600
4,477.500
i.VREA RURAL
TOTAL
#
ÁREA SERV.
E.Z.Q. TOTAL
Jt
ÁREA SERV.
iííXQ. TOTAL
W
1.979
211 1
24,549
Z240.375
77:i;00 ;
494,750
S4.4ÜO
3,595.825
34.161
3.J14
í-225
730
51 .43fl
38, 16 i
-i.717 !
3.979
243
•T.lOfl
72.322
¡3.03,
i 2.204
975
'JS.530
5,í>30 j
2,970 f
3,758
1608
15.266
415,100
i45.;00
9i','.500
Í.043.21H)
2.S43300
14,332
0.935
9.39S
1L413
42,628
1,686
1.259
1.2Í41
!ó.5!8
5.100
542
IC8
216.SOO
Ü6.4CKÍ
1.392
459
428
250
384
64
384
592
334
64
3,359
678
í>4
J/íS
4,037
97,417
|Í3?JJÍ
;
SODÍOOV1
70
IJO
25.0
400
SUBTOTAL
S^U2
4.015 t
5.640
S,;«)5
27.362
REFLECTOR HGfW)
4Q0|
800
3ÍO
340.000
280.300
351
REFLECTOR NA(W>
70
130
250
400
SUBTOTAL
523,140
602.250
1.410.000
3,522,000
6,157.390
:«ío
;^,oco
128
2,969 i
336,000
U9(l
26.880
9.600
16,000
31.200
406.8SO
11,470.390 f
4Í.195
5.846.W5
528
79^00 i
!
64
9 Díí
2,2.v
3.051
38G
14,71Í
i
U 56
1 23
$.244
10.652
12JU L
47.728
gol
1,320
709
728
567
26
8
K
18
l,6M
592
4gg
4.925
i>,9«
!
TOTAL INDIVIDUAL
&t¿l2
150,293 |
Z6J5ó
í
S,SOO j
800
SEMÁFOROS
ÍLUM.ROTULOS.PVBLJCÍD
..
-
....
i
VIA TROLE8TJS
LUMINARIA NA(W)
!50¡
AUTOPISTA C. GALAR2A
LUMINARIA NAÍW)
250 !
400
ALTOPISTA G. RtTUlSAHUl
LUMINARIA NAVW)
250
400
TOTAL
\S
i
f68
«5.200 j
- 1
¡
40,000
33.000
I
624
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790 i
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1.600
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41. Htí
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[flow
<J,7/í
í 63.609
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\"
REÍ .ES
417
1.121
1,121
704
1.763
3,272
3.236
CONTUTORES
3,504
)
Li3¡
iaü!> í
1
475
:
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POTQCELCLAS
7.S24
7-M6
[SUBTOTAL
1
4.6KJ
:.i«i
NOTA EXISTENTE: En tote inventario no se ddwna incluir las •unuttarís* " controles tic ¡a Auiopata \iC.Gaiwza « de '.a víi -JTÜWOW tiei imlcín», va yue . al cobrar an peaie
o >¡n 'Mwiü con la iiiulidad de lucio at bcnclício TortiCTOar. qvwdan lucia riel i^iocetxo ilc jiumbratlo wbijcti, ?t>f !o uuc HliOSA debe
planillw HI coitsuBxt v manten imitínlo rwocctivu-, TXW '«mirado. !o üiuj \ MÓc«a«i> v !c/(fll ¿on !a Jcciiiün de sua dueños da ccritraur con
[pertnnM narticui*re* " no -^ciitirlc gratuito i ia EEQ !a onwraeión v ;ninlentmiemo de «a retíc» clccirícas v Je dlumbrado
EN GRAN TOTAL POTENCU INSTALADA DE ALUMBRADO «3T487.090 VATIOS
2.242
3.50X
4,(>2() :
14.770
|
I
5.4 CÁLCULO DE PÉRDIDAS TOTA LES EN EL ALUMBRADO PÚBLICO DE LA
Con el inventarío aquí indicado y los datos de pérdidas obtenidos en las mediciones
y
realizadas en el departamento de Alumbrado Público de la EEQ, se procede a calcular las
pérdidas totales en las zonas norte y sur, de la EEQSA también se toma en cuenta las
autopistas, M. C, Galarza y Rumiñahui y la vía del trolebús, y como se mencionó
anteriormente que las autopistas que se cobra peaje, y la vía del trole que cobra pasaje debe la
empresa planillar distinto a las de los usuarios comunes ya que el alumbrado es un servicio
para la comunidad, y deben realizar mantenimiento en sus redes de Alumbrado Público las
empresas encargadas de esas autopistas,
/
Se determina las pérdidas totales e$ él la *abla 5.9, donde se puede observar un total
de pérdidas de casi 2MW sólo en te=q«e=es\la parte urbana de Quito, sin considerar la parte
rural con lo que se deben tomar acciones para poder disminuir las pérdidas sean esas acciones
el cambio de balastos de menor pérdidas de acuerdo con los datos de los diferentes fabricantes
y un adecuado mantenimiento en las luminarias y un control en el factor de potencia a través
de los condensadores que se coloquen en las luminarias.
También se debe considerar otro criterio del hecho de sustituir las luminarias de
mercurio de 125 W por las de Sodio de '40 W ya que ello nos podrá reportar un ahorro
significativo en potencia y por ende en energía.
XI
EVALUACIÓN FINANCIERA
6.1 EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS
Las inversiones en eficiencia energética o reducción de la demanda, pueden reducir las
necesidades de obras para generación de energía además, reducen: el consumo de
combustibles en centrales térmicas, las pérdidas en líneas de transmisión y sistemas de
distribución y los impactos ambientales asociados con éstas áreas descritas; por lo tanto el
conjunto de beneficios redunda en el mejoramiento económico y ambiental del país.
Existen varios elementos que influyen en la evaluación financiera de los costos de una
instalación de alumbrado.
En el caso presente, a igual que en la mayoría, el consumo de energía es uno de los
i*
rubros principales de la evaluación financiera.
Es importante observar que las alternativas de ahorro de energía que contemplamos es
el cambio a balastos más eficientes y por lo tanto de menores pérdidas y la otra alternativa es
la sustitución de lampará de vapor de mercurio de 125 W por lámparas de sodio a alta
presión de 70 W y carneo de balastos.
Esto se encuentra especificado en las tablas 6.1 y 6.2.
En el capítulo anterior, se analizó los resultados de las pérdidas que se obtienen en las
luminarias de las diferentes potencias por lo cual se analizará las alternativas para el ahorro de
energía, de las cuales la de mayor importancia es la sustitución de las luminarias de mercurio
de 125 W por luminarias de sodio a alta presión de 70 W y cambio de balastos de menores
El beneficio se obtiene a lo largo del sistema eléctrico ya que como se dijo, a usas de
reducir el uso de la potencia instalada, la potencia transmitida para Alumbrado Público es
menor.
Por lo tanto las inversiones que se deben realizar a futuro inmediato pueden ser
trasladadas a mediano plazo. [22]
En consecuencia, los beneficios demuestran que este tipo de acciones son fuentes de
recursos económicos para el sistema eléctrico.
Eí análisis económico esta basado en la comparación entre costos y beneficios
involucrados en la conservación de la energía.
Nuestra meta es reducir el consumo de Alumbrado Público a través de diferentes
alternativas de ahorro y poder determinar la más conveniente y con 3a misma potencia
instalada en la Empresa poder satisfacer y mejorar el sistema de alumbrado.
120
' DATOS DE FABRICANTE
GRAN TOTAL
AUTOPISTA O. RUM1N U1M
LUMINARIA NA(W)
2SO
-11)0
TOTAL
20.U
35.0
20.0
35.0
AUTOPISTA C. GALAfi/A
LUMINARIA NA(\V>
250
400
¡8,316,893
197.50Í)
54.400
4Ü.OOO
88,000
85,200
18,Í1 6,895
26,880
8ít,800
16,000
í 87, 200
1,242,880
367,200
ssyog
1,038,240
1.047,750
2,349,500
4,565,200
9,000, 6'90
4.270,125
1.454,950
2,056,250
292,000
8,073^25
ÁREA URB
K.E.Q.TOTAL
W
20,^48,989
213,300
59,160
43t2ÍHt
95,700
95,424
10,048,989
31,488
99,'líft
17t2ítO
203,580
í¿28,046
591,600
384,642
1,216,224
1,173,480
2,537,460
4,964.655
9,891,819
4,71 4,2 1«
I.59Í131
2,212,525
310,250
8,829,124
AS£A URB
li.E.0 TOT+PER
W
SJi Oí'niKMIMÓ UM TOTAL 1)1- PÉIiOIDAS F.N POTENCIA EN ALUMBRADO^'732,094 VATIOS
97.-Í17
ii,935,9M
160
220
568
97,417
384
592
64
468
3,359
1,392
459
14.832
6,985
9,398
11,413
42,628
34,161
8,314
8,225
730
51,430
790
136
6,8-/6,Üti3
6JM6.005
26,880
9,6(10
16,000
5i,2úÜ
406v8flU
216.ÜOO
86,400
415,10Í»
445.. 500
939,500
1,043,200
2, 843,3 00
2,240,375
776,300
494,750
84,400
3,595,825
W
ÁREA UIÍU
E.E.Q.TOTAL
#
197,5(K)
54.400
465.100
40,OM
88,000
•f 1,195
11,470.890
85,200
-
41,105
136,000
836,000
542
108
5,930
2,970
3.758
2,óíi8
15¿66
17,923
4,436
Igtt
211
24,54!í
0
3§4
64
64
128
l,2í»0
79,200
340,000
280,800
623,140
602,250
1,410,000
3,522,000
6,157,390
2,029,750
67S.65U
1,561.500
207,000
4,477,500
W
ZOJNA
SUR
4,608
10,656
1,280
16,380
ÍÍ5,16¿
34.8ÍW
17,442
177.984
125,730
187,960
399.455
8*1,129
444;1>11
137,181
156,275
18,250
755,7'J9
1,73 2,09 J
15.S04)
4,760
3,2fX)
7,700
10,224
í.732,094
.
W
ÁREA llttB
PERO PO1 TOT
BAT-ASTOS DE LAS LUMINARIAS EXISTENTES E.E.Q.S.A.
Sí- T)RTíUÍMINÓ (^1T» »TAI, OH l^ROIDAS l'íN ÍÍNÍÍHGÍA EN ALUMBRADO =20,785 KiIoV4íÍo-hor*(diarío)
51Í.186
136
1,87-1
790
160
2^0
568
18 Ü
VIA TROLEBÚS
LUMINARIA NA(W)
150
340
2,069
528
Sft,3I2
20.0
.15.0
180
120
aso
351
38.0
<•»
8.<X)2
4,015
5,640
8.805
27,362
25.0
18.0
20.0
35.0
16,218
3,Í78
6.246
519
16,881
i
ZONA
NORTE
TOTAL INDIVIDUAL
tt El LECTOR NA(W>
70
i SO
250
400
SI ¡«TOTAL
gao
RKH.EX "f OR HCAV)
~ 4¡H)
SODlOfW)
70
150
250
-1.10
SUBTOTAL
190
250
400
MJBTOTAL
25.0
WJ
13.0
PERDIDAS
BALASTO»
\
(75
MFRCURIOfW)
US
LUMINARIA
TIPO
TABLA 6.1 CÁl.rULQ DE
2ü,'/¿$
190
57
38
92
123
10,785
128
15
197
1,021
55
418
209
2,136
1,509
2.256
4,793
10,694
1.875
219
9,070
1,646
5,3 29
ÁREA URB.
l'EHD F.NÉ.R TOT
KWh/DlARIO
SI 7S
$0.í)>
$0.005
SO. 00.1
$0.01
SO 01
S1.77
»o.os
SiJ.005
ÍO.ÓI
SO.OfJl
XO.Üi
SO. 04
$0.02
$0.41
$Ü.!»1
Í0.1S
$0.11
íí).19
S0.45
$0.14
SO lo
50,02
$0.77
COSTO
PERO ENE R
MILES USD
IH
filU.V TOTAL
* DATOS I)E FABRICAN 1Ü
roí AI.
AUTOPISTA G.HUMIftuaa
LUMINARIA NA(W)
250
400
400
AUTOPISTA C. GAI.AK¿A
U'MIfr (ARIA NA(W)
250
~
VIA 1 'HOLEBUS
U'MíNARIANAjW)
TOTAl INWVTOl'Aí.
HtfH lífTOft NA(\V)
70
l.VÍ
250
4(1.1
SI BTOTAL
M\
REM ECTOttHíiíW)
SUBTOTAl.
4iH
•í w
SODlOpV)
70
ISO
400
SUBTOTAL
2M)
\15
MEHCIIRIO(W)
1,1 'MINARÍA
TIPO
\V
20.0
33.0
200
35.Ü
18.0
35.1»
12.0
18.0
200
25.0
18. 0
Íí).0
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PERDIDAS
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3K4
64
64
108
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tí
.
4,605,639
,
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9,600
16.IKIO
51,200
406,íí80
210.800
8£,400
415,100
4-t5,50(J
9.19,500
I.043,3(W
2^43,300
776,3<«
494,750
84,400
1,355,430
W
4<;s
SS.tiOO
ͻ7X/ 7
7%)
136
Ió,-t3$,0-tt)
197J(rtí
34.400
40,¿)OÍ)
160
85,2fH)
IMKi.OJtl
26.8ÜÜ
88,800
16,000
187,200
i,242,8¿«
556,800
367,200
3,429,510
1,047,750
2,349,5011
4,30^200
Íl,391,'/ci()
1,454,950
2,056,230
292,000
3,803rIttO
AKE.A URB
E.K.Q.IOTAL
W
220
568
97,417
3^59
592
64
384
459
1,392
•18,993
6,985
9,398
11,413
76,789
8,3 14
S.225
730
17,269
_—
tt
ÁREA UUB
K.IÍ-O.TOTAI,
{£¿35,973
213,300
59,160
43,200
95,700
95,424
18,135^73
31,488
99,450
17,280
203.580
J^2«,04fi
591,600
384,642
4,017,426
1,173,480
2,537.400
4,964.655
12¿93,oñ
1,592,131
2,212,525
310,250
4,114,90$
AUEA URB
E.E.Q.TOT+PER
W
Sli DETKJ.'MÍNÓUW TOTAL Dii PÉRDIDAS HN POTENCIA EN ALUMBRADO -1W.93J VATIOS
V^06,2-í&
197,500
J4,400
~ 403.100
40.ÍHX)
88,000
85,200
-
M41.140
136,000
836,000
79,200
340,000
280,800
.
__
623,140
60X250
"l,410,000
:i,52 2.000
ti,(S7,39ít
678,650
1.561,500
207,600
2,447.750
w
ZONA
SÍ!R
l,r>y?,y.¿)
__l*ííl
15,Sí)íl
3,200
7.7ÍX)
10.224
1 ¿97,033
4,608
10,656
1,280
16.3 SO
S5.1&
34.800
17,442
587,916
125,730
187;9úíJ
399.455
UOt.061
137.tíl
156,275
18,250
311,7(tó
AUEA URB
l'KRD POT TOT
W
Slí DliTíiRMl! JÓ UN Tí > TAL mí PfríUIí >AS HN I-NTíUíiÍA EN ALUMBRADO «211,375 KÜ¿vaiU>~hom(dUr¡<>)
ti, *ta
_!¡H1
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3ó í
4/1.074
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528
351
í.il)
«.902
4,015
5.É40
íjKfS
27,362
3,87Í!
6,246
519
10,443
H
ZONA
NORTE
EXISTENTES E.E.Q.S.A.
TABLA 6.2 CALCIJLO.DE PÉRDIDAS I)F EjUSTITUIR LUMfNARIAS HC 125W POR NA 70W Y BALASTOS PE LAS LUMINARIAS
2tí,J7í
190
57
38
92
123
20.37S
128
15
Í97
1,022
55
418
209
ISgtt
7,05.1
l,3tW
2,256
4,7'>3
1,875
219
3,740
1.646
Kv\ijmiAnro
ÁREA Hita
PEHDENEÜTOT
s¡. n
S0.02
$0.005
$0003
$001
$0.01
$1.73
Í0.üí)5
JO.Ü1
SO.Oítl
$002
ÍÍIÍW
$0.04
Í0.02
Sít.19
£0.41
$JJ3
so.n
$0.60
SO. 14
$0.16
S0.02
$OJ2
COSTO
PEItDKNER
MILES tlftb
Los niveles de utilización (horas de función nmiento), en promedio son de 12 horas
diarias de cada luminaria (4.320 horas /año)
El total de luminarias instaladas en ía Empresa Eléctrica Quito S.A, es de 163.609
con una potencia de 27 MW y una energía absorbida con la tecnología actual de 88.970
MWh / año, para el sistema de Alumbrado Público de la Empresa Eléctrica Quito S.A.; con el
primer criterio de ahorro el cual es el cambio de balastos tenemos una energía requerida de
82.598 MWh / año, que representa el 15% (6.372 MWh / año) de ahorro de energía.
Si se sustituyen las luminarias de vapor de mercurio de 125 W, que representa el
mayor número de las luminarias instaladas en la E. E. Q. S. A., (64.2594), por luminarias de
sodio a alta presión de 70 W, existe un ahorro de energía en eí orden del 16%. La energía
reducida es de Í0.622 MWh / año.
A continuación se analiza los costos mensuales, anuales y de la vida útil de las
diferentes alternativas.
Luego de determinar las pérdidas de los diferentes tipos de luminarias existentes en
3a Empresa Eléctrica Quito se determinará un proyecto de reemplazo de balastes en el sistema
de Alumbrado Público en la E. £." Q, S. A, se ckrerminará el costo de la energía con una tarifa
real sin subsidio que es de 85 USD / MWh \a
1
Fuente: El CONELEC
determinar c
Para poder determinar el costo de energía diario se tomó de los cálculos obtenidos en
la tabla 5.9 de capitulo anterior, luego de lo ^uaí se procede a calcular el cosió mensual, anual
de la vida útil de los diferentes tipos de luminarias existentes en la E. E. Q., a través de la
siguiente fórnm¡a;
Donde;
VF - valor futuro dei dinero de una serie uniforme
S = valor de la serie uniforme
i = tasa de interés
n - período
Para poder determinar e! costo mensual se tomo como base un interés igual al
(12/360)% ya que la tasa anual es de 12%, y un período de 30 días que tiene el mes según se
puede ver en el siguiente flujo de caja:
Mensual
Diario
Mensual
Mensual
*
r *r
^ r i' t
t
Tr
1r
•
a
*r
y
Interés (12/3601%
FIGURA 6.1. Rujo de caja para el costo mensual de pérdidas de energía
Para el cálculo del costo anual se utiliza un interés del 1% mensual con un periodo de
12 meses que tiene el año como se ve en el flujo de caja:
Mensual
Anua]
Anual
Anual
•
i r ir ir
r i r 1r
^—-, ^—" ' ir
1r
ir
^
* *
'
ir
•
•>
Interés 1%
n = 12 meses
FIGURA 6.2. Flujo de caja para el costo anual de pérdidas de energía
Para el cálculo del costo de ia vida útil se utiliza un interés del 12% anual con un
período de 3 años para las de Mercurio y 2.5 años para las de Sodio como se ve en el flujo de
caja:
Anual
3° .Ano
Año
j
I
i
r 1r
"*
ir
-^ *•
1' t 1r
^r
. . .
r t t
1
4
Interés 12%
n - Vida Útil (resp
FIGURA 6.3. Flujo de caja para el cosió de la vida útil de pérdidas de energía
Con lo que se obtiene los siguientes resultados de costos de energía mensuales,
anuales y de la vida útil de las diferentes potencias de las lámparas existentes en la Empresa
Eléctrica Quito en lo que tiene que ver con ías pérdidas que están tienen. ( Ver tabla 6.3)
La potencia total instalada por la E. E, Q. S. A., en Alumbrado Público es alrededor de
27, 5 MW. Considerando el cambio de balastos se puede disminuir la potencia absorbida en
un 15,37 % y se calcula los costos de energía con el cambio de balasto y los gráneos
respectivos del ahorro de consumo y de dinero que la empresa podría ahorrar con las opciones
dadas en este trabajo
A continuación se analizan las alternativas de cambio de balastos y el cambio de
luminarias de mercurio de 125W por luminarias de sodio de 70 W y a ía vez un cambio de
balastos de menor pérdidas en el sistema de la E. E. Q, S. A
TOTAL
SÜBTOTAL
Sodio
SÜBTOTAL
Mercurio
70 W
150_W
250 W
400 W
175 W
250 W
400 W
125 W
Pérdidas de Energía
Miles de dólares
$
59.09 $
749.35 $
VjíJAÜTlLíSo]
4 PERIODO
12% ÍNTERES
4,958.77
Vida Útil
(V.ü.)
$
950.16
$
292.36
$
310.63
$
54.82
5
1,607.96
$
806.68
$
496.42
$
589.49
$
1,458.22
5
3,350.81
VIDA ÚTILJHai
Anual
(A)
$
198.81
$
61.17
$
64.99
$
11.47
$
336.44
$
99.40
$
61.17
$
72.64
$
179,69
fS
412.91
12 PERIODO
1% INTERÉS
Mensual
(M)
$
15,68
$
4.82
$
5.12
$
0.90
$
26.53
$
7.84
$
4.82
$
5.73
$
14,17
J
32.56
1.96 $
Diario
(1>)
$
0.52
$
0.16
$
0.17
$
0.03
$
0.38
$
0.26
$
O.íó
$
0.19
$
0.47
5
LOS
MENSUAL
MUAL
PERIODO
30 PERIODO
INTERÉS
0.00033333 INTERÉS
6
12%
TABLA 6.3 DETERMINACIÓN DE LOS COSTOS DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN LA E.E.Q. S.A.
¿L2 AHORRO DE ENERGÍA POR CAMBIO DE BALAgTOS
Actualmente en nuestro país, por el aumento de la demanda se tiene que tomar
acciones para no sufrir corres de energía eléctrica per ic que ¿S Alumbrado Público es el
afectado y se toman planes de contingencia los cuales son: disminuir al 50% el alumbrado en
avenidas, no alumbrado decorativo, no alumbrado en ediñcios, de lo cual se ahorra un
porcentaje de 5% con la potencia instalada en nuestra cuidad Quito que hemos escogido come
ejemplo, este trabajo trata de orientar a la empresa si se hace una de las alternativas aquí
descritas se obtendrá un ahorro más significativo de energía.
Este trabajo está enfocado en la determinación de la disminución del consumo de
energía en el Alumbrado Público, por lo que se ha tomado una de las opciones para ía
disminución de consumo en el Alumbrado Público, el cual es el cambio de balastos ya que
como se ha estudiado en este trabajo es el causante de la mayor cantidad de pérdidas en la
luminaria y como en la empresa tenemos una gran cantidad de luminarias de diferentes
potencias y tipos se traía de tomar una de las opciones propuestas y demostrar e- ahorro que se
puede lograr.
Luego de la determinación de los costos diarios, mensuales, anules y de la vida útil de
los respectivos Hipos de lámparas se debe proceder z. la evaluación del ahorro de ¿ji-er^a por
pérdidas en los balastos por lo que se toma como consideración los de la marca ELT y se
obtienen los siguientes resultados (se anexa los catálogos de cada uno de ios balastos a
cambiarse)
De acuerdo con la tabla 6.4
;
-' *V
Mensual
(M)
$
13.57
$
3,92
$
4.82
$
0.60
5
22.91
$
5.43
$
3.92
$
5.73
$
12.36
S
27.43
VIDA ÚTIL (So)
4 PERIODO
6
12%
12% INTERÉS
4,212.06
Vida Útil
(V.U.)
$
822.25
$
237.54
S
292.36
$
36.54
$
1,388.70
$
558.47
$
403.34
$
589.49
$
1,272.06
$
2,823.36
638.47 $
Anual
(A)
$
172.04
$
49.70
$
61.17
$
7.65
$
290.56
%
68.82
$
49.70
$
72,64
$
156.75
$
347.9!
VIDA ÚTIL (Dg)
12 PERIODO
i% ÍNTERES
7.67 $ 50.34 $
¿>
TOTAL
1
oJn
I'''-
~¿
Sodio
SlíiiTOTAI,
70 W
"150W
250_W
400JW_'
0.45
0.13
0.16
0.02
(D)
0. 76
0.18
0.13
OJ9_
0.41
$
$
$
$
Diario
$
$
$
$
$
SÜBTOTAL
Pérdidas de Energía
Miles de dólares
125 W
175 W
250 W
Mercurio 400 W
ANUAL
MENSUAL
PERIODO
30 PERIODO
INTERÉS 0.00033333 INTERÉS
TABLA 6.4 DETERMINACIÓN PE LOS COSTOS DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA KN LA E.E.Q. S.A.
CON CAMBIO DE BALASTOS
6.3 AHORRO PE. ENERGÍA SUSTITUIR LUMINARIAS HG 125 W POR NA 70 W V
BALASTES
Las condiciones asumidas son:
•
Se sustituye lámparas de vapor de mercurio por vapor de sodio a alia presión.
•
Las lámparas de vapor de sodio a alta presión proporcionan un nivel de iluminación
equivalente al de la lámpara sustituida.
»
Los niveles de utilización (horas ce funcionamiento) son íes mismos.
•
La sustitución por lámpara de vapor de socio a alta presión, implica cambio de
lámpara, balasto, capacitor e igniíor.
Se puede ver que para poder cambiar lámparas más encientes hay que tomar en
cuenta que este cambio no desmejore el servicio sino ai contrario mantenerlo igual y si es
posible mejorarlo, y también hay que tomar en cuenta los costos que esto acarrea lo que
veremos más adelante.
Las lámparas de sodio de menor potencia pueden ser reemplazadas por lámparas de
mercurio de mayor potencia de acuerdo a ios estudios hechos por los propios fabricantes, sin
que ello cause problemas en lo posterior. Otra manera para poder disminuir el costo de
pérdidas de energía y con ello el consumo de energía, se toma otra opción la cual se explica a
continuación.
Se determinó en el capítulo ÍV en la tabla 4.3 de la eficiencia de las lámparas sin
desmejorar su calidad de alumbrado y luego de estos cambios se puede veriñcar los siguientes
t
resultados, (ver tabla 6.5)
TOTAL
SdfílOTAL
Sodio
SUBTOTAL
! Mercurio
70 W
150 W
250 W
400 W
175 W
250 W
400 W
Pérdidas de Energía
Miles de dólares
$
5
$
$
$
$
í
Mensual
(M)
$
3.92
$
4.82
"$ " 0.60
£
9.35
$
18.09
$
3.92
$
5.73
$ 12.36
5 40.09
Anual
* (A)
$ *.
49.70
$
61.17
$
7.65
$
118,52
$
229.39
$
49.70
$
72.64
$
156.75
5
508.49
12 PERIODO
1% ÍNTERES
VIDA ÚTIL (So)
6
4 PERIODO
12%
12% INTERÉS
4,692.90
Vida Útil
(V.D.)
$
237,54
$
292.36
$
36.54'
5
566.44
$
1,861.56
$
403.34
$
589.49
$
1,272.06
í
4,126.45
viDAtnriL(Hg)
1.64 $ 49.44 $ 627.00 $
0.32
0,60
0.13
0.19
0.41
L33
(I>)
$
0.13
$
0.16
$
002
Oía rio
MENSUAL
ANUAL
30 PERIODO
PERIODO
INTERÉS
0.00033333 INTERÉS
TABLA 6.5 DETERMINACIÓN DE LOS COSTOS DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN LA E.E.O. S.A.
CON CAMBIO DE 1IG 125 W POR NA 70 W Y BALASTOS
6.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Se sabe que no se puede reducir a cero las pérdidas, pero con equipos de menor
pérdidas se pueden reducirlas y ese alieno representa un bererlcio para la Empresa dentro de
la vida útil de los equipos reemplazados.
Los resultados económicos para las alternativas de ahorro de energía para la red de
Alumbrado Público de la E. E. Q. S. A., se resume en la tabla 6.6
j
POTENCIA
'ALTERNATiVASiREDUCIDA
KW
267.3
¡CAMBIO DE
[BALASTOS
¡SUSTITUCIÓN
JHG-125WPQR
2180.3
¡NA-7QW
ENERGÍA RSDUCiDA&HORROS
MitesUSD / añoi
MVVh/año
I
1154,57
98.14
í
i
9418,81
.
800.6
-
TABLA 6.6 Evaluación económica de las alternativas de energía en la red de Alumbrado
Público para E. E. Q. S. A.
Luego de la determinación de las opciones de ahorro de energia se toma los dates en lo
que se refiere a los costos anuales y se observa un percentaje de ahorro de cada una de las
opciones que se analizó, (ver tabla 6.7 y figura 6.4)
$
TOTAL
97
638.47
347.91
$
749.34 $
412.90
68.82
49.70
72,64
156.75
99.40
61.17
72.64
179.69
$
$
$
$
290.56
172.04
49.70
61.17]
7.65
$
$
$
$
336.44 $
5
$
$
$
$
198.81
61.17
64.99
11.47
$
$
$
$
$
70
150
250
400
125
175
250
400
W
16%
15%
13%
31%
19%
0%
14%
13%
19%
6%
33%
/Ü
Costo Anuai
Costo Anual
Ahorro
Sin cambio
cambio balas porctcambio bal
"^,
Miles Dólares Miles Dólares
SUfíTOTAL
CnJí/i
oOUlO
SUBTOTAL
IVIet curio
A
^ Tipo
Potencia
$
$
$
$
$
$
S
$
3
$
627.00
508.48
229.39
49.70
72.64
156.75
118.52
40.70
61.17
7.65
16%
-23%
-131%
19%
0%
13%
65%
19%
6%
33%
Cosío Anual
Ahorro
láinp. Efíci
porct.lamp.efic
«//o
Miles Dólares
$
-
TABLA 6.7 PORCENTAJE DE AHORRO DE ENERGÍA EN SUS RESPECTIVAS ALTERNATIVAS
COSTO SIN CAMDIO
16.32% DE AHORRO
D COSTO SIN CAMBIO
• COSTO CAMBIO BALASTOS
B COSTO LUMINARIAS
COSTO LUMINARIAS
COSTO CAMBIO BALASTOS
DIREFENTES ALTERNATIVAS
14.80% DE AHORRO
$100
$200
$300
$400
$500
$600
$700
$000
COSTO EN MILES DE DÓLARES
cixcrtuiA Ufc LAS Utí-ERfcNTES OPCIONES PE AHORRÚ
LUMINARIAS DE LA EEQS.A.
Tenemos una comparación en los gráficos de los costos de energía de las pérdidas de
las diferentes opciones que se tiene en este trabajo de las diferentes potencias de las lámparas
existentes en Quito de acuerdo con ei departamento de Alumbrado Público de la Empresa
Eléctrica Quito S.A., estos costes son del ahorro que se puede hacer si se cambio de balastos o
se cambio las luminarias por otras de menor potencia pero de mayor eficiencia como se
mencionó anteriormente, (ver figura 6.5 y figura 6.6)
Para peder implementar estas alternativas hay que considerar ias siguientes premisas.
»
Las alternativas son técnicamente factibles de instalar
»
Entregan similares niveles de iluminación.
•
Las aí temad vas desde el punto de vista de iluminación son recomendadas para
Alumbrado Público.
•
La vida útil representa el período máximo posible de utilización sin ícmar en
cuenta 3a reducción de iluminación debido al uso.
Teniendo los datos ce ahorro de las diferentes opciones se realiza el análisis de una
inversión para toda la vida útil del equipo en reemplazo, y los costos totales que tiene la obra,
tanto en mano de obra como lo que tiene que ver en cambio de balastos para los diferentes
tipos de luminarias que existen.
$200.00
O
o
UJ
$50.00
$100.00
u) $150.00
Lll
D
o
a:
LÜ
$250.00
U NA-70 W
NA-70 W
CLÍNA-400W
LÁMPARAS DE SODIO
COSTO f)EJE_NERGÍA ANUAL
CO3TD CON CAMBIO DE BAUSTO
x
DSTO SIN CAMBIO
-X
COSTp^'USTITUIR HG 125W POR NA 70W
"T"
6.5 CALCULO PE LA RENTABILIDAD DEL PROYECTO
El parámetro de comparación es el costo de operación (costo inicial de los balastos y
costo de la energía), incurriendo en cada una de las alternativas curante ia vida útil de
funcionamiento de las lámparas. El análisis financiero considera las siguientes premisas:
*
Período de análisis 10 afíos
»
Tasa de descuento 12%, debido a que los programas de uso eficiente pueden ser
implementados en el Ecuador con e! concurso extemo de recursos. Además este valor
es ei interés de los prestamos internacionales.
* Precio marginal de energía a nivel de red de distribución es 85 USD / MWh.
La finalidad ahora es determinar si las opciones de ahorro de energía en lo que
tiene que con costos de pérdidas en Alumbrado Páblico sen factibles de realizar tanto por sus
costos iniciales corno por sus beneficios por lo que se determina tres parámetros para tener
una idea si es rentable o no y estos son:
*
FLUJO NETO PRESENTE (VAN)
*
TASA INTERNA DE RETORNO (TIR)
*
RELACIÓN BENEFICIO COSTO (BN / CN)
Estos tres parámetros son los indicadores para determinar si es proyecto es rentable o no,
y cada uno de ellos tiene sus propias características.
1. FLUJO NETO PRESENTE (VAN): tiene que ser mayor que cero y ei proyecto es
rentable.
2. TASA INTERNA DE RETORNO (TIR.- es un interés sí es mayor a la tasa de
descuento es rentable
3. RELACIÓN BENEFICIO COSTO (BN / CN): Si esta relación es mayor que uno es
proyecto es rentable.
Los ahorros incluyen inversión por reemplazo y diferencia en costos de operación
(costo inicial de los balastos y cosió de la energía), en valores corrientes.
El valor residual de la inversión es nulo, ya que las lámparas una vez que se han cumplido
con su vida útil no tienen valor comercial alguno.
Con tcdos estos antecedentes tenernos los siguientes resultados obtenidos en este trabajo y
que debería ser tomado en cuenta por la Empresa Eléctrica ya que como se puede notar los
indicadores financieros son muy claros, y se hace una valoración por los diferentes tipos de
luminarias y sus potencias, (ver tabla ó. S y 6.9)
Se debe notar que solamente se tomará para los beneficios de la evaluación financiera ei
5% deí cesto de la energía vendida para el mantenimiento de las dos alternativas, tanto para
W.
TABLA 6.7 EVALUACIÓN FINANCIERA DE LUMINARIAS PE MERCURIO
CON CAMBIO PE BALASTOS
Poíeíicia
Coa ío Nuevas
Valor c/u
Número
MILES USD
125 W
175W
250 W
400 W
TOTAL
*
•
•
e
»
i
|
I
Í
Ano
INVERSIÓN
Costo Mano Obra
Otros
*
•
*
34161 S
S314J S
8225 S
730 $
51430;
0
302,55 $
4.69 S
1.34 S
I
15
!$
t S
interés
Factibil;daci(anos}
Inversáón(2 años)
Inversión(I año)
Año
0
1
2
3
4
5
1
j S
S
S
I S
S
S
S
)S
3
$
6
7
8
9
10
Costo
302.55
333.86
8.45
9.47
10.61
11.88
13.30
14.90
16.69
13.69
20.93
$
S
S
S
(S
5
S
S
|S
S
1S
Beneficio*
164.08
1S3.77
328.93
2S6.30
320.65
359.13
402.23
450.49
504,55
565.10
632.91
$
S
¡
|-S
-S
S
S
S
S
5
|S
|5
|S
S
0.01032 S
0.0 1245 S
0.01622 j S
0. 02 i 43 Í
>>
S
i
338.36
5.25 1
1.50
12%
10
338.86
302.55
Ahorro
133.47
155.09
320.47
276.33
310.05
347.25
333.92
435.59
487.86
546.41
611.93
Flujo Neto Anual
-S
13S.47
-$
13S.47
S
255.4S
3
197.04
S
197.04
) S
197.04
S
Í97.04
S
197.04
|S
197.04
S
197.04
S
RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN FINANCIERA
*
<*•
*
•
t
i*
»
*
$
V.A.N.
TIR
BN
,
CN
IBN/CN
i
S
$
1,554.86
60%
2,220.62
665.76
3.3
5% del cobro de la energía instalada para mantenimiento
NOTA:
Los resultados están expresados en miles de dólares
1¿4
MILES USO
352 ,54
103 .51
'33 .41
15 .54
605. 1 0
JCO3 ro Nuevos
5143C S
605.10
33230 S
593.71
84660 | S I.39S.31
Tipo
Nánsáro
•Mercurio
Sodio
TOTAL
|
Año
O
¡INVESSIÓiV
(Costo Mano Obra
Oíros
jCOSTO TOTAL
inferes
Factib$UÍad{año4)
Inversión un año
Inversión Inicial
S
S
•p
| S
$
$
S
$
S
$
S
!S
jS
|S
¡S
0
1
t
Os
js
2
3
4
5
6
7
8
9
10
611.46
684.84
16.95
18.98
21.26
23.81
26.67
29.87
33.45
37.46
41.96
S
5
S
$
611.46
671.33
10.51
3.00
58-1.84
.
!
Costo
Ano
599.40
9.38
2.68
S
$
$
S
S
S
S
$
$
S
S
10
634. S4
611.46
Beneficio*
¡
348.62 -S
390.45 -S
560.42 £
017.67 5
702.99 $
737.34 $
881.33 S
987.64 S
UQ6.1JL S
Í.23S.90 S
1,387.57 $
Ahorro
262.84
294.38
543.47
608.69
681.73
763.53
S55.16
957.78
1,072.71
1,201.44
1.345.6!
Flujo Neío Anual
-S
262.84
-$
262.84
S
433.25
$
433.25
$
433.25
S
433,25
S
433.25
S
433.25
$
433.25
S
433.25
S
433.25
RESULTADOS D£ LA EVALUACIÓN FINANCIERA
V.A.N.
TIR
$
BN
$
CN
¡BiN/CN
S
j
2,940.32
62%
4,718.08
1,344.51
3.5
del cobro de !a energía instalada para mantenimiento
i
VOTA:
Les resultados están expresados en miles de dólares
4
TABLA 6.8 EVALUACIÓN FINANCIERA D£ LUMINARIAS DE SODIO
CON CAMBIO D£,3ALASTQS
s*
5*
Potencia
70 W
150 W
400 W
JTOTAL
Número
| Valer c/u
j Costo Nuevos
0.01009^ S
14832 S
149.65
0.01632 $
6985 $
114.00
11413 S
0.02892 S
330,06
Año
INVERSIÓN
Costo Mano Obra
Otros
COSTO TOTAL
S
0
296.85
4.69
1.34
3Q2JÍS
S
$
12%
10
339,23
302.88
302.83 S
339.23 S
8.45 S
9.47 S
10.61 S
11,88 S
13.30 S
14.90^ S
16.69 S
18.69 | S
20.93 1 S
Beneficio*
184.54
206.68
304.79
341.37
3S2.33
428.21
479.60
537.15
601.61
673. SO
754.66
ínteres
Faeíibiiidadíafios)
Inversión<2 años)
Inversióa(l ano)
Año
|
1
2
3
4
5
6
7
3
9
10
$
Costo
S
S
S
S
S
S
S
$
S
S
S
0
S
S
V.A.N,
TIR
BN
t CN
^-'- '
'BN/CN
;
$
S
S
S
-S
-S
$
S
$
S
S
S
S
S
S
3
332.47
5-25
1.50
339.23
Ahorro
(Flujo Neto Anual
118.34 1-5
118.34
132.54 -S
118.34
296.34 S
236.24
331.90 S
236.24
371.73 S
236.24
416.34 S
236.24
466.30 S
236.24
522.25 ( S
236.24
5S4.92 | S
236.24
236,24
655.11 S
73 3 . 73 S
236.24
S 1,889.48
73%
$ 2,555.90
S 1,889.48
1.4
5% del cobro de la energía instalada para mantenimiento
*
*
NOTA:
Los resultados están expresados en miles de dólares
o
5000
10000
i
u
15000
20000
25000
TOTAL'POT
T.SIN CAMBIO
T.CAMBTO BALASTO
PORLAE.E.Q.S.A.
POTREDÜC
o
*«
10000
20000
;iOOOO
40000
50000
60000
70000
80000
90000
PORLAE.E.Q.S.A.
FIGURA 6.11
O
H
E
U
v
5000
10000
15000
20000
25000
POTENCIA INSTALADA EN ALUMBRADO PÚBLICO
PORLAE.E.Q.S.A.
'o'
10000
20000
30000
40000
$ 50000
.«I
60000
70000
80000
90000
CAPITULO VII
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
>
7.1 CONCLUSIONES
•
Un buen alumbrado no solo es cuestión de disipar Ja oscuridad, sino es la de mejorar
su uso y eficiencia para el desarrollo de las actividades de la vida cotidiana en nuestra
ciudad, tanto en su área social como económica.
•
Los beneficios de la utilización eficiente de la energía en un sistema de Alumbrado
Público son:
*Mejora de las condiciones de vida y seguridad.
*Red«ee-el-cpnsumo ctfc energía.
* Ahorro en la poteng& transmitida en el Ecuador.
t£vita la expansión de una nueva capacidad de generación.
Un alumbrado económico es principalmente el resultado de elegir la luminaria
adecuada desde el punto de vista de la eficiencia.
Una adecuada formación de lo? profesionales para poder .determinar con un
conocimiento adecuado un alitfhorado efíownfe y económicamente eficiente, teniendo
en cuenta todos los fundamentos de la energía desalumbrado.
•
Es necesario conocer que en todo sistema que tenga que ver con la transmisión de la
potencia se tendrá pérdidas, pero estas pueden ser mejoradas con un adecuado estudio.
•
El balasto es el elementpJimdamental de cualquier instalación de alumbrado con
lámparas de descarga/por lo flue se tomará mucho atención de sus características y
funcionalidad como en tyéperdidas; que produce dentro de la luminaria.
•
Una vez determinada/iasr' pérdidas de los balastos se concluye que es mejor un
mantenimiento preventivo que un mantenimiento correctivo; en el^easo de aplicación,
se consigue sustituir balastos que optimizan la energía a un valor del 15% de ia que
está instalada (27.5 MW)
•
Se debe cumplir con las normas impuestas por los fabricantes en lo que tiene que ver
con la instalación y montaje de equipos, ya que ello ayudará a minimizar las pérdidas
y permitirá un adecuado funcionamiento.
•
Otras alternativas de ahorro de energía en el Alumbrado Público son:
*Sustituir luminarias, las de mercurio de 125 W por las de sodio de alta presión, ya
que las de mercurio representan el 64.25% del inventario de luminarias existentes en
la Empresa Eléctrica Quito S. A.
*Cambio de balastos de menores pérdidas y luminarias de mercurio de 125 W
por
las de sodio de alta presión de 70 W, ya que las de mercurio representan el 64.25% del
inventario de luminarias existentes en la Empresa Eléctrica Quito.
•
La Empresa Eléctrica Quito tiene instaladas 163.609 luminarias, con una potencia de
27,5 MW. El 64,25% son de mercurio y el cambio de luminarias de sodio a alta
presión de 70 W, representa el 16% de ahorro de potencia(2.46MW)
•
En una instalación de Alumbrado Públic/el costo qe las luminarias y lámparas,
representa una pequeña parte del costo ^otals|a-mayor parte de la inversión constituye
la mano de obra, los costos de la energía ^mantenimiento.
7.2 RECQMENDACIOjVEg
•
Realizar un estudio de diseño y coicírucción de balastos de alta calidad para poder
reducir aún más las pérdidas con tecnología de punta como los electrónicos y los V
v
ahorradores de potencia que ya existen en el mercado y representaría un ahorro
de (25%), hasta un 15% exigido por las normas,
«
Utilizar balastos tipo auto transformador auto-regulado, porque soportan mayores
variaciones de voltaje de línea, que afectan la vida del balasto y de la lámpara.
•
Antes de adquirir los dispositivos ahorradores de energía, es necesario acordar que
cumplan con las normas internacionales y que su funcionamiento sea el correcto
•
Que las Empresas Eléctricas del País, realicen un censo que actualice el número y tipo
de luminarias instaladas, esto permitirá programar los mantenimientos preventivos y
no solo realizar los mantenimientos correctivos y el número de luminarias que podrían
ser reemplazados. Además, actualicen y / o incluyan en sus normas o regulaciones, la
utilización de tecnología eficiente, en el diseño de proyectos para Alumbrado Público.
Que la Empresa Eléctrica Quito S. A., a través de programas de mantenimiento, bien
estudiados recupere luminarias eficientes que se encuentran en mal estado (altos
grados de contaminación)
1
Como alternativa en caso de emergencia energética, se recomienda, el racionamiento
del Alumbrado Público, especialmente en autopistas, avenidas, etc., por ejemplo
permitiendo solo el encendido de las luminarias en forma alternada, para esto se
deberá
utilizar doble hilo piloto, o instalar
controles que sirvan hacer dicho
encendido alternativo
Incorporar medidores de energía en los sistemas de Alumbrado Público, para
cuantificar el consumo, a fin de proyectar el ahorro en el Alumbrado Público y poder
tomar las acciones necesarias.
114
BIBLIOGRAFÍA
[I] Sitio Web de la Empresa Eléctrica Quito. Dirección: http//ww\v.eeq.com.ec .
[2] Sitio Web de la Philips. Dirección: http//www,luz.philpis.com/.
[3] COMISIÓN INTERNACIONAL DE ILUMINACIÓN, Guía sobre la Iluminación de
Exteriores, Publicación C.I.E. N° 122.
[4] Sitio Web de lum. Dirección:http//edison.upc.es/curs/ilum/lampara/luminaria.lhtmL
[5] CÁRDENAS NELLY, Estudio planificación y diseño de sistemas de iluminación en
locales abiertos, aplicado a un estudio abierto, Tesis E.P.N, Año 1997.
[6] HARPER GILBERTO, El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja
tensión , Editores Noriega, Año 1987.
[7] Web LUM. Dirección:http//edison.upc.es/curs/ilum/exterior/vias_p.htmlí?luminana5.
[8] Sitio Web de LUMINARIAS DE DESCARGA. Dirección:
http//edison. iipc.es/curs/ilum/larnpara/ldesc. 1 .html.
[9,10] SCHEREDER, Manual de alumbrado, Documentación técnica, año 1980.
[ I I ] ROSERO GUILLERMO, Evaluación técnico - económica del ahorro de energía en un
sistema de alumbrado público. Tesis E.P.N, Año 1998.
115
[12] JOSÉ R A M Í R E Z VÁZQUEZ, Luminotecnia. Enciclopedia CEAC de Electricidad,
Barcelona 1982.
[13] TABOADA, J.A, Manual Osram, Edición Osram. España 1975.
[14] MANUEL OTORONGO CORNEJO, Programa de reducción de pérdidas técnicas en
el sistema de distribución de EEA.S.A., Tesis E.P.N. Año 1998.
[15] SEMINARIO NACIONAL DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA.
Empresa Eléctrica Regional Centro Sur C.A, Cuenca "986.
[16] M PONNAVAIKO K S Prakasa Rao "An Approach Optimal Distribution Planing
IEEE"
[17] GARCES,FERNANDO, "Ahorro de Energía en [ñluminación.en el anillo vial de la
ciudad de Quito", Tesis E.P.N., Año 2000
[18] PHILIPS ILUMINACIÓN. "Balastos para lámparas de descarga". Datos técnicos,
Marzo 1996.
[19] ÍEC - 662, IEC - 262, IEC - 459, Normas Internacionales para la Fabricación de
Balastos.
[20] FIDE, Recomendaciones Generales para Alumbrado Público, México 1992.
[21] NORMA EN 60923, Balastos para lámparas de descarga, Febrero 1991.
[22] CELIO VEGA, Ingeniería Económica, Año 1983.
I
,
1 17
G L O S A R I O
ALCANCE: características de una luminaria que indica la extensión que alcanza la luz en
la dirección longitudinal del camino. Las luminarias se clasifican en: de alcance corto,
medio o íargo,
ALTURA DE INSTALACIÓN: la distancia entre el plano de referencia y ei plano de las
luminarias.
ALUMBRADO: aplicación de luz a una escena, objeto o a sus alrededores, para que éstos
puedan ser visualizados.
ALUMBRADO GENERAL: alumbrado uniforme de un espacio sin tener en cuenta las
necesidades particulares de ciertos puntos determinados.
ÁNGULO SÓUDO{£1): el ángulo subtendido al centro de una esfera por un área en su
superficie, numéricamente igual al cuadrado de radio.
Unidad: estereo-radián, sr.
ARRANCADOR(IGNITOR): dispositivo para efectuar el arranque de una lámpara a
descarga (particularmente una lámpara de descarga de sodio) que se utiliza para el
precalentamiento de los electrodos y/o hace surgir una tensión en combinación con un
balasto en serie.
BALASTO: -dispositivo utilizado con lámparas a descarga para estabilizar ia corriente que
circula en dichas lámparas.
COEFICIENTE DE LtfiVGNANCL\{Q): relación, para una dirección determinada de
observación y dirección de incidencia de luz, entre la luminancia de un cuerpo considerado
;
iluminado y la iluminancia sobre el mismo.
Unidad; candela por metro cuadrado por lux, cd/(m_.lux).
COEFICIENTE DE LÜMINANCIA MEDIA(Qo): medida de la claridad de la superficie
de un camino, definido como el promedio del coeficiente de íuminancia Q sobre un
determinado ángulo sólido de incidencia de íuz.
CONTRASTE: comprobación subjetiva de la diferencia en apariencia de dos partes de un
campo de visión observadas simultáneamente o sucesivamente.
CONTROL: característica de la luminaria, determinada por el valor dei índice específico
de la luminaria (SLÍ), que indica el grado de control del deslumbramiento. Las luminarias
se clasifican en: de regulación limitada, moderada o estricta.
Nota: SLI son las iniciales de Specifíc Luminaire índex, cuya traducción es índice
específico de la luminaria.
CURVA DE DISTRIBUCIÓN DE LÜMINANCIA: curva que representa la íuminancia
de una luminaria en un plano vertical corno función del ángulo desde el nadir.
DESCARGA ELÉCTRICA:" en un gas. Paso de una corriente eléctrica a través de gases y
vapores por la producción y movimiento de portadores de carga bajo la influencia de un
campo eléctrico,
DESLUMBRAMIENTO: condición de visión en las cuales se experimenta una molestia,
o una reducción en la aptitud de distinguir los objetos, o ambas cosas simultáneamente,
como resultado de una distribución desfavorable de la íuminancia, o como resultado de
contrastes exagerados en el espacio y en ei tiempo.
FACTOR DE POTENCIA: en un circuito eléctrico. Relación entre la potencia en vatios y
el producto de los valores eficaces de tensión y corriente. Para formas de ondas
sinusoidales, resulta ser igual al coseno del ángulo de diferencia de fase entre tensión y
>
corriente.
FLUJO LUMINOSO(<&): cantidad derivada del flujo radiante evaluando la radiación dt
acuerdo a la acción sobre el observador fbtométrico patrón CIÉ. Unidad: lumen, Irn
elemento.
unidad: lux. Ix,
Nota: La orientación de una superficie se define como horizontal o vertical; por lo tanto la
ilumínancia será: horizontal o vertical.
IN.DICE ESPECÍFICO DE LA LUMINARIA (3LI): cantidad que indica la aptitud
control del deslumbramiento de una luminaria.
LÁ;V,TARA :•>£ DESCARGA: lámpara en la cual se produce la luz, directa o
indi rectamente, por descargas eléctricas a través de un gas, vapor metálico o una mezcla de
guí-cs y vapores.
LUMINANCIA(L): en una determinada dirección, en un punto dado de una superficie real
o imaginaria. Cociente entre el flujo luminoso transmitido por un haz elemental pasante por
el punto dado y propagando en el ángulo sólido que contiene a ia dirección dada y el
producto del ángulo sólido, el área de la sección de dicho haz que.contiene al punto .y el
ángulo entre la normal a la sección y la dirección del haz.
Unidad: candela por metro cuadrado, cd/m2
LAMINARÍA: aparato que sirve distribuir, filtrar o transformar la luz de una lámpara a
lárnparas y que comprende todas las piezas necesarias para fijar y proteger las lámparas y
cometarias a! circuito de alimentación.
UNIFORMIDAD TOTAL (U0): Relación entre la luminancia mínima y la luminancia
media sobre la sucerficie carretera considerada.
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ANEXO No, 1
ILUMINACIÓN DE VÍAS TIPO D
CARACTERÍSTICAS
•
Altura de montaje: 7.5 metros
•
Iníerdisíancia: 40 metros
»
Disposición: Unilateral
•
Ubicación de la posíería: 0.30 metros del bordillo de la acera.
»
Ancho de la calzada: 7.2 metros
•
Ángulo de inclinación del brazo: O a 20 grados (respecto a la horizontal)
ILUMINACIÓN DE VÍAS TIPO C
CARACTERÍSTICAS
•
Altura de montaje: 3.5 metros
•
Iníerdistancia: 40 metros
•
Disposición: Unilateral
•
Ubicación de la postaría: 0.30 metros deí bordillo de la acera.
•
Ancho de la calzada: 10 metros
•
Ángulo de inclinación del brazo: O a 20 grados ( respecto a la horizontal)
ILUMINACIÓN DE VÍAS TIPO B
CARACTERÍSTICAS
»
Altura de montaje: 10.00 metros
•
Iníerdisíancia: 40 metros
»
Disposición: Bilateral
"*
• » Ubicación de la postería: 0.30 metros deí bordillo de la acera o cuneta
•
Ancho de la calzada: 12 metros cada una separadas por un parterre de 2.00 metros
*
Ángulo de inclinación del brazo: O a 20 grados ( respecto a la horizontal )
ILUMINACIÓN DE VÍAS TIPO A
CARACTERÍSTICAS
•
Altura de montaje: 10.5 metros
•
Interdisíancía: 40 metros
•
Disposición: Bilateral
•
Ubicación de la postería: 0,30 metros del bordillo de la acera o cuneta
»
Ancho de la calzada; 14 metros
•
Ángulo de inclinación del brazo: O a 20 grados (respecto a la horizontal)
ANEXO No. 2
TABLA DE CAPACIDADES PARA COMPENSAR EL FACTOR DE
POTENCIA EN PARALELO A LA RED.- EN REDES DE 50 Y 60 Hz,
TIPO
POTENCIA
TENSIÓN
CAPACIDAD PARA
LÁMPAP4
DE RED
Cos<p = 0.95 ±0.05
w
&
A 50 Ifa. A 60 HT.
50
_7
HF/
f
6
80
8
1
125
10
9
18
15
400
28
24
700
45
40
1.000
60
50
50
9
7,5
70
13
11
VAPOR DE
100
13
11
SODIO ALTA
150
20
16
PRESIÓN
250
32
28
400
45
40
1.000
100
85
ftF
VAPOR DE
MERCURIO
220
250
220
™
NOTA: Se necesita la misma capacidad para reactancias de tipo interior que para exterior.
La tolerancia prevista es de ± 10 % para todos los casos.
CALCULO DEL CONDENSADOR NECESARIO
El cálculo del condensador necesario en un equipo se puede resolver con ayuda del graneo
adjunto y la fórmula siguiente:
En donde : C = Capacidad del condensador en uf,
V = La tensión de ia línea en voltios
IT = La comente tomada de la línea por el equipo
p = Coeficiente determinado en la construcción del gráfico.
f - Frecuencia de la red
106
K = ---------------- Constante para una determinada tensión y frecuencia
2atf.V
En la tabla siguiente se acompaña los valores de K para distintas tensiones a 50
Y 60 Hz.
Ejemplo de cálculo,
Supongamos el cálculo de la capacidad necesaria para compensar hasta eos tp = 0.95
un equipo de vapor de mercurio de 400 W, que funciona en bajo factor.
Los datos son;
V = Tensión de red: 220 V
F = Frecuencia: 60 Hz
W = Potencia activa total absorbida de ia red = 400 W. (lámpara) - 25 W. (pérdida)
Igual a 425 W.
IT = Corriente de línea: 3,25 A.
>
K =12,05
'
Factor de potencia del conjunte-
i
W
425
V x IT
220 V. x 3,25 A
Sobre el eje horizontal se alzan las perpendiculares en los punios de los valores de
eos <p que tenemos (0,594) y el que deseamos obtener (0,95). Cortarán el semicírculo en los
puntos A y B.
Se une A con O y por B se traza una línea paralela a la OA hasta conar la escala de
¡3 . Quedando así determinado para este caso ¡3 = 0,60, Con este valor obtenernos:
C -K . IT . P = 12.05 x 3,25 x 0,60 = 23,49 uf.
Adoptarnos el valor estándar de 22,5 uf.
VALORES DE K
.
Voltios
50 Bz
60 Hz
115
27.67
23.06
125
25.46
21.22
150
21,22
17.68
220
14.46
12.05
230
13.84
11.53
240
13.26
11.05
1
0.9
0.8
0.7
0.6 0.5
B
0.4
0.3 0.2
:
0.1
O ~
O
0.2
.4
0.6
f.p.
0.8