NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) REGLAS GENERALES Y ESPECIFICACIONES PARA EL ALUMBRADO PÚBLICO 1. OBJETO Esta norma establece los principios que deben ser tenidos en cuenta para la iluminación de carreteras interurbanas, vías de penetración o de circunvalación de las poblaciones, calles principales o secundarias, cruces, parques, glorietas, pasos superiores o inferiores, puentes y barrios residenciales. Con respecto a los túneles y pasos subterráneos, se debe hacer referencia a la norma aplicable. Esta norma no comprende la iluminación de edificios o monumentos públicos y otros escenarios etc., que necesitan, en general, de una técnica especial. Esta norma pretende servir de base y ayuda a los técnicos y autoridades responsables para poder diseñar, seleccionar, proyectar, instalar, utilizar y mantener los sistemas de alumbrado público, ya que les permite escoger la más adecuada entre las diversas soluciones posibles. Esta norma incluye los aspectos mínimos necesarios que se deben considerar para lograr los criterios de calidad, seguridad, eficiencia y ahorro de energía en un sistema de alumbrado público confiable. 2. ABREVIATURAS UVo = factor de uniformidad L = Luminancia Lmin = luminancia mínima Lav = luminancia promedio Lf = luminancia del fondo Lo = luminancia del objeto Q = Energía radiante M = exitancia radiante E = Iluminancia 1 de 141 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) = Lux = reflectancia de una superficie φR = flujo luminoso reflejado φi = flujo luminoso incidente C = Contraste Q = coeficiente de luminancia Eh = iluminancia horizontal en el punto p. R = coeficiente reducido de luminancia Qo = coeficiente promedio de luminancia M1.....M5 = tipo de vías V = velocidad de circulación T = Tránsito de vehículos K = Fuente de iluminación única S1 = factor especular 1 S2 = factor especular 2 kp = factor especular qp = factor de luminancia para incidencia vertical R1..... R4 = Clases de superficies T.I. = incremento umbral Lv = luminancia de velo equivalente UL = factor de uniformidad longitudinal de luminancia Lm = Lumen Lx 3. DEFINICIONES 3.1 Absorción. Término general para referirse al proceso mediante el cual un flujo incidente se convierte en otra forma de energía, general y fundamentalmente en calor. 3.2 Acomodación. Proceso mediante el cual el ojo cambia su distancia focal al mirar objetos colocados a diferentes distancias. 3.3 Adaptación. Proceso mediante el cual el sistema visual se adapta a mayor o menor cantidad de luz o a la luz de un color, diferente al que estaba expuesto durante el periodo inmediatamente anterior. La adaptación resulta en un cambio en la sensibilidad del ojo a la luz. 3.4 Altura de montaje (en una vía). Distancia vertical entre la superficie de la vía por iluminar y el centro óptico de la fuente de luz de la luminaria. 2 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 3.5 Ángulo de apantallamiento de una luminaria. Ángulo vertical medido desde el nadir, entre el eje vertical y la primera línea de visión, para el cual la fuente de la luz desnuda no es visible. 3.6 Arrancador. Dispositivo que por sí solo, o en asocio con otros componentes, genera pulsos de tensión para encender bombillas de descarga sin precalentamiento. 3.7 Balasto. Unidad insertada entre la red y una o más bombillas de descarga, la cual, por medio de inductancia o capacitancia o la combinación de inductancias y capacitancias, sirve para limitar la corriente de las(s) bombillas(s) hasta el valor requerido. El balasto puede constar de uno o más componentes. Puede incluir, también, medios para transformar la tensión de alimentación y arreglos que ayuden a proveer las tensión de arranque, prevenir el arranque en frío, reducir el efecto estroboscópico, corregir el factor de potencia y/o suprimir la radiointerferencia. 3.8 Bombilla. Término genérico para denominar una fuente de luz fabricada por el hombre. Por extensión, el término también se usa para denotar fuentes que emiten radiación en regiones del espectro adyacentes a la zona visible. 3.9 Campo visual. Lugar geométrico de todos los objetos o puntos en el espacio que pueden ser percibidos cuando la cabeza y los ojos de un observador se mantienen fijos. El campo puede ser monocular o binocular. 3.10 Candela (cd). Unidad del Sistema Internacional (SI) de intensidad luminosa. Una candela es igual a un lumen por estereorradián. Una candela se define como la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de una frecuencia de 540 x 1012 Hz y en la cual la intensidad radiante en esa dirección es 1/683 W por estereorradián. 3.11 Candela por metro cuadrado (cd/m2). Unidad de luminancia. 3.12 Centro óptico de la bombilla. Centro de una pequeña esfera que podría contener completamente el elemento emisor de la bombilla. 3.13 Coeficiente de Utilización (CU). Relación entre el flujo luminoso que llega a la superficie a iluminar (flujo útil) y el flujo total emitido por la luminaria. Usualmente, se aplica este término cuando se refiere a luminarias de alumbrado público. También se conoce como factor de utilización de la luminaria. 3.14 Conjunto eléctrico para una bombilla de descarga. Todos los componentes necesarios para el funcionamiento adecuado de una bombilla de descarga (balasto, condensador y/o arrancador, portabombilla, borneras de conexión, cables, fusibles y portafusibles). 3.15 Conjunto óptico. Elementos necesarios para controlar y dirigir la luz producida por una o varias bombillas (refractor y/o reflector). 3.16 Contraste de luminancia. Relación entre la luminancia de un objeto y su fondo inmediato, igual a (L f - Lo)/Lf, (Lo - Lf)/Lf ó ∆L/Lf, donde Lf y Lo son las luminancias del fondo y el objeto, respectivamente. Se debe especificar la forma de la ecuación. La relación ∆L/Lf se conoce como la fracción de Weber. 3.17 Cromaticidad de un color. Longitud de onda dominante o complementaria y de los aspectos de pureza de un color tomados como un conjunto. 3 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 3.18 Cuerpo negro. Radiador de temperatura uniforme, cuya excitancia radiante en todas las partes del espectro es el máximo obtenible de cualquier radiador de temperatura a la misma temperatura. A este radiador se le llama cuerpo negro por que absorberá toda la energía radiante que caiga sobre él. 3.19 Curva Isolux. Línea que une todos los puntos que tengan la misma iluminancia en el plano horizontal, para una altura de montaje de 1 m ó 10 m, y un flujo luminoso de 1 000 lm. 3.20 Densidad de flujo luminoso. Cociente del flujo luminoso por el área de la superficie, cuando ésta última está iluminada de manera uniforme. 3.21 Densidad de flujo radiante en una superficie. Relación entre el flujo radiante de un elemento de superficie y el área del elemento (W/m2). 3.22 Depreciación lumínica. Disminución gradual de emisión luminosa durante el transcurso de la vida útil del elemento considerado. 3.23 Deslumbramiento. Sensación producida por la luminancia dentro del campo visual que es suficientemente mayor que la luminancia a la cual los ojos están adaptados y que es causa de molestias e incomodidad o pérdida de la capacidad visual y de la visibilidad. Existe deslumbramiento cegador, directo, indirecto, incómodo e incapacitivo. NOTA La magnitud de la sensación del deslumbramiento depende de factores como el tamaño, la posición y la luminancia de la fuente, el número de fuentes y la luminancia a la que los ojos están adaptados. 3.24 Diagrama polar. Gráfica que representa en coordenadas polares la distribución de las intensidades en planos definidos. Generalmente se representan los planos C = 0º - 180º, C = 90º - 270º y plano de intensidad máxima. 3.25 Difusor. Elemento que sirve para redirigir o esparcir la luz de una fuente, principalmente por el proceso de transmisión difusa. 3.26 Dispersión. Separación ordenada de la luz incidente en su espectro de las longitudes de onda que la componen, cuando pasa a través de un medio. 3.27 Efecto estroboscópico. Ilusión óptica que ocasiona que un objeto iluminado por una bombilla de descarga sea visible a intervalos, dando una impresión de aparente inmovilidad. Este efecto ocurre cuando la velocidad a la que se mueve el objeto es múltiplo de los destellos periódicos de las bombillas. 3.28 Eficacia luminosa de una fuente. Relación entre el flujo luminoso total emitido por una fuente luminosa (bombilla) y la potencia de la misma. La eficacia de una fuente se expresa en lumen/vatio (lm/W). NOTA El término eficiencia luminosa se usó ampliamente en el pasado para denominar este concepto. 3.29 Eficiencia de una luminaria. Relación entre el flujo luminoso, en lúmens, emitido por una luminaria y el emitido por la bombilla o bombillas usadas en su interior. 3.30 Energía radiante (Q). Energía que se propaga en forma de ondas electromagnéticas. Se mide en unidades de energía tales como joules, ergios ó kw-h. 4 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 3.31 Espectro electromagnético visible. Franja del espectro electromagnético comprendida entre longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a 770 nm. Las longitudes de onda inferiores a 380 nm corresponden a los ultravioleta, y las superiores a los 770 nm, a los infrarrojos. 3.32 Exitancia radiante (M). Densidad del flujo radiante emitido por una superficie. Se expresa en vatios por unidad de área de la superficie. 3.33 Factor de absorción. Relación entre el flujo luminoso absorbido por un medio y el flujo incidente. 3.34 Factor de mantenimiento. Factor usado en el cálculo de la luminancia e iluminancia después de un período dado y en circunstancias establecidas. Tiene en cuenta la hermeticidad de la luminaria, la depreciación del flujo luminoso de la bombilla, la clasificación de los niveles de contaminación del sitio y el período de operación (limpieza) de la luminaria. 3.35 Factor de uniformidad de iluminancia. Medida de la variación de la iluminancia sobre un plano dado, expresada mediante alguno de los siguientes valores a) Relación entre la iluminancia mínima y la máxima. b) Relación entre la iluminancia mínima y la promedio. 3.36 Factor de uniformidad general de la luminancia (Uo). Relación entre la luminancia mínima y la luminancia promedio sobre la superficie de una calzada. Uo = L min en % L ave→ Es una medida del comportamiento visual, que no puede ser inferior a 40 % para L comprendido entre el rango de 1 cd/m2 a 3 cd/m2, con el fin de que un objeto sea perceptible en el 75 % de los casos en un tiempo no mayor a 0,1 s. 3.37 Factor de uniformidad longitudinal de luminancia (UL). La menor medida de la relación Lmín/Lmáx sobre un eje longitudinal paralelo al eje de la vía que pasa por la posición del observador y situado en el centro de cada uno de los carriles de circulación. 3.38 Fotocontrol. Dispositivo utilizado, normalmente, para conectar y desconectar en forma automática luminarias de alumbrado público en función de la variación del nivel luminoso. Los fotocontroles usados comúnmente son del tipo electromagnéticos y/o electrónico. 3.39 Fusible. Dispositivo utilizado para la protección de conductores y componentes de redes contra sobrecorrientes producidas tanto por sobrecarga como por cortocircuito. 3.40 Flujo luminoso (Φ Φ). Cantidad de luz emitida por una fuente luminosa en todas las direcciones por unidad de tiempo. Su unidad es el lumen (lm). 3.41 Flujo luminoso nominal. Flujo luminoso medido a las 100 h de funcionamiento de la bombilla, en condiciones de utilización normales. Se aplica solo a bombillas de alta intensidad de descarga. 3.42 Flujo útil. Flujo luminoso recibido sobre la superficie bajo consideración. 5 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 3.43 Fotómetro. Instrumento para medir las cantidades fotométricas: tales como luminancia, intensidad luminosa, flujo luminoso e iluminancia. 3.44 Fotometría. Medición de cantidades asociadas con la luz. NOTA La fotometría puede ser visual cuando se usa el ojo para hacer una comparación, o física, cuando las mediciones se hacen mediante receptores físicos. 3.45 Fuente luminosa. Dispositivo que emite energía radiante capaz de excitar la retina y producir una sensación visual. 3.46 Iluminancia (E). Densidad del flujo luminoso que incide sobre una superficie, su unidad es el lux 3.47 Iluminación. Acción o efecto de iluminar NOTA Este término no debe ser utilizado para referirse a la densidad de flujo luminoso en una superficie. 3.48 Intensidad luminosa de una fuente puntual de luz en una dirección dada (I). Cantidad de flujo luminoso en cada unidad de ángulo sólido en la dirección en cuestión. Por lo tanto, es el flujo luminoso sobre una pequeña superficie centrada y normal e esa dirección, dividido por el ángulo sólido (en esteroradianes) el cual es subtendido por la superficie en la fuente l. La intensidad luminosa pude ser expresada en candelas (cd) o en lumen por esteroradian (lm/sr) 3.49 Longitud de onda (λ λ). Distancia entre dos puntos sucesivos de una onda periódica en la dirección de propagación, en la cual la oscilación tiene la misma fase. La unidad usada comúnmente en el nanómetro (nm). (1 nm = 1 x 10 –9 m). 3.50 Lumen (lm). Unidad de medida del flujo luminoso en el Sistema Internacional (SI). Radiométricamente, se determina de la potencia radiante; fotométricamente, es el flujo luminoso emitido dentro de una unidad de ángulo sólido (un estereorradián) por una fuente puntual que tiene una intensidad luminosa uniforme de una candela. 3.51 Luminancia (L). En un punto de una superficie, en una dirección, se interpreta como la relación entre la intensidad luminosa en la dirección dada producida por un elemento de la superficie que rodea el punto, con el área de la proyección ortogonal del elemento de superficie sobre un plano perpendicular en la dirección dada. La unidad de luminancia es candela por metro cuadrado (cd/m2). Véase la Figura 3. Bajo el concepto de intensidad luminosa, la luminancia puede expresarse como: 3.52 Luminaria. Aparato de iluminación que distribuye, filtra o transforma la luz emitida por una o más bombillas y que incluye todas las partes necesarias para soporte, fijación y protección de las bombillas, pero no las bombillas mismas y, donde sea necesario, los circuitos auxiliares con los medios para conectarlos a la fuente de alimentación. 3.53 Lux (lx). Unidad de medida de iluminancia en el Sistema Internacional (SI). Un lux es igual a un lumen por metro cuadrado (1 lx = 1 lm/m2). 6 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 3.54 Mantenimiento. <del flujo luminoso> Efecto de mantener o mantenerse, cuidar su permanencia. <correctivo, preventivo> Conjunto de operaciones y cuidados necesarios para que las instalaciones puedan seguir funcionando adecuadamente. 3.55 Matriz de intensidades. Tabla que, en función del plano C y el ángulo γ, define los valores de intensidad luminosa que suministra la luminaria en cualquier punto a su alrededor. Los datos de intensidad luminosa se pueden dar en candelas por 1 000 lm. 3.56 Nadir. Punto de la esfera celeste diametralmente opuesto a la intersección de la vertical de un lugar con la esfera celeste, por encima de la cabeza del observador. Es el punto exactamente opuesto al cenit. NOTA Al imaginar que se suspende un hilo de plomo en el lugar de observación, el cenit se localiza en la prolongación hacia arriba del hilo hasta interceptar la imaginaria esfera celeste; el nadir es la prolongación hacia abajo del mismo hilo. 3.57 Potencia nominal de una fuente luminosa. Potencia requerida por la fuente luminosa, según indicación del fabricante, para producir el flujo luminoso nominal. Se expresa en vatios (W). 3.58 Protector. Parte traslúcida de una luminaria cerrada, destinada a proteger las bombillas y los reflectores de los agentes externos. Los protectores pueden ser, a su vez, difusores o refractores. 3.59 Proyector. Aparato de iluminación que concentra la luz en un ángulo sólido limitado, con el fin de obtener un valor de intensidad luminosa alto. 3.60 Radiación. emisión o transferencia de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas. 3.61 Radiación electromagnética. Radiación de energía asociada a un campo eléctrico y a un campo magnético variables periódicamente y que se desplazan a la velocidad de la luz. 3.62 Radiación monocromática. Radiación caracterizada por una sola frecuencia o longitud de onda. 3.63 Radiación visible. Cualquier radiación electromagnética de longitud de onda adecuada capaz de causar sensaciones visuales. 3.64 Reflectancia de una superficie. Relación del flujo reflejado sobre el flujo incidente. 3.65 Reflector. Dispositivo usado para redirigir el flujo luminoso de una fuente mediante el proceso de reflexión. 3.66 Reflexión. Término general para el proceso mediante el cual el flujo incidente deja una superficie o medio desde el lado incidente sin cambios en la frecuencia. 3.67 Reflexión difusa. Proceso por el cual el flujo incidente es redirigido sobre un rango de ángulos. 3.68 Reflexión especular (regular). Proceso mediante el cual el rayo incidente es redirigido con el ángulo especular. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano. 7 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) NOTA El ángulo especular es el ángulo entre la perpendicular a la superficie y el rayo reflejado. Es numéricamente igual al ángulo de incidencia que se localiza en el mismo plano del rayo incidente y de la perpendicular, pero que se ubica en el lado opuesto de la perpendicular a la superficie. 3.69 Refracción. Proceso mediante el cual la dirección de un rayo de luz cambia conforme pasa oblicuamente de un medio a otro en el que su velocidad es diferente. 3.70 Refractor. Dispositivo utilizado para redirigir el flujo luminoso de una fuente, primordialmente por el proceso de refracción. 3.71 Sensibilidad al contraste. La más pequeña diferencia de luminancia que se puede percibir. También llamado umbral diferencial de luminancia. 3.72 Tensión nominal. Valor de la tensión de alimentación especificado por el fabricante y según el cual se determinan las condiciones de aislamiento y de funcionamiento de un equipo. Se expresa en voltios (V). 3.73 Transmisión (de la luz). Término genérico usado para referirse al proceso mediante el cual el flujo incidente abandona una superficie o un medio por un lado diferente al del lado incidente, sin experimentar cambio de frecuencia. 3.74 Transmisión regular. Proceso por el cual el flujo incidente pasa a través de una superficie o medio, sin dispersarse. 3.75 Transmisión difusa. Proceso por el cual el flujo incidente que pasa a través de una superficie o medio se dispersa. 3.76 Temperatura de color (de una fuente luminosa). Temperatura absoluta de un cuerpo negro radiador que tiene una cromaticidad igual a la de la fuente de luz. Se mide en Kelvin (K). 3.77 Umbral de contraste. Mínimo contraste perceptible para un estado dado de adaptación del ojo. También se define como el contraste de luminancia detectable, durante alguna fracción específica de tiempo, que se presenta a un observador. 3.78 Vida promedio (de un lote de fuentes luminosas). Promedio de tiempo transcurrido, expresado en horas, de funcionamiento de un lote de fuentes luminosas, antes de que haya dejado de funcionar la mitad de dicho lote. 3.79 Vida física (de una fuente luminosa). Promedio de tiempo transcurrido, expresado en horas, antes de que la fuente luminosa deje de funcionar completa y definitivamente, por haberse dañado cualquiera de sus componentes, sin que hayan interferido influencias externas. 3.80 Vida económica (de una fuente luminosa). Período de tiempo transcurrido, expresado en horas, hasta cuando la relación entre el costo de reposición de la fuente luminosa y el costo de los lumen-hora que sigue produciendo ya no es económicamente favorable. La vida económica depende, por consiguiente, del costo de las fuentes luminosas de reemplazo, del costo de su instalación en el portabombilla (mano de obra) y del costo de la energía eléctrica. 3.81 Vida útil (de una fuente luminosa). Período de servicio efectivo de una fuente que trabaja bajo condiciones y ciclos de trabajo nominales hasta que su flujo luminoso sea el 70 % del flujo luminoso nominal. 3.82 Vida normal (de una bombilla de descarga). Período de funcionamiento a tensión nominal, expresado en horas, en ciclos de diez horas, en la posición recomendada por el fabricante. 8 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 3.83 Visibilidad: cualidad o estado de ser perceptible por el ojo. En muchas aplicaciones en exteriores, la visibilidad se define en términos de la distancia a la cual un objeto puede ser percibido escasamente por el ojo. En aplicaciones en interiores, usualmente, se define en términos de contraste o del tamaño de un objeto estándar de prueba, observado en condiciones normalizadas de visión, con el mismo umbral que el objeto dado. 4. OBJETO DEL ALUMBRADO PÚBLICO 4.1 GENERALIDADES El objeto del alumbrado público es proporcionar la visibilidad adecuada para el desarrollo normal de las actividades tanto vehiculares como peatonales en vías públicas, parques públicos, y demás espacios de libre circulación que no se encuentren a cargo de ninguna persona natural o jurídica de derecho privado o público, diferente del municipio. De igual manera, debe permitir a los conductores circular durante las horas de oscuridad (noche y madrugada) en condiciones adecuadas de seguridad, comodidad y velocidad similares a las que se presentan en las horas del día (mañana y tarde). La iluminación no se suministrará a las zonas verdes que no tengan mobiliario urbano o que sean de recreación pasiva. Los conductores deben percibir eficazmente no solo los bordes de la vía y la superficie de ella, sino también su geometría, curvas, baches, etc. y los obstáculos o peatones estáticos o móviles situados sobre la calzada. El mejoramiento de las condiciones de visibilidad constituye un medio eficaz para reducir la frecuencia de los accidentes y para aumentar la capacidad de tránsito. La iluminación pública, realizada correctamente, permite descongestionar parcialmente el tránsito de día, desplazándolo hacia el tránsito de noche. Por otra parte, el alumbrado debe permitir a otros transeúntes de la vía (peatones, ciclistas, etc.) ver sin riesgo de error o de deslumbramiento todo vehículo que se acerque. Esto es aplicable tanto al peatón que cruza la vía, como al que se dispone a hacerlo. 4.2 SEGURIDAD La seguridad se logra si el alumbrado permite a los usuarios que circulan a velocidad normal evitar un obstáculo cualquiera. La iluminación debe permitir, en particular, ver a tiempo los bordes, las aceras, separadores, encrucijadas, señalización vial, es decir, toda la geometría de la vía. Para este efecto, se considera que el criterio de seguridad consiste en la visibilidad de un obstáculo fijo o móvil constituido por una superficie de 0,20 m x 0,20 m, con un factor de reflexión de 0,15. Se considera que: - La seguridad de un peatón se logra si puede distinguir este obstáculo a una distancia hasta de 10 m. - La seguridad de un automovilista depende esencialmente de su velocidad. A velocidad media (60 km/h), él debe percibir este obstáculo a una distancia hasta de 100 m. Para velocidades más altas, esta distancia oscila entre 100 m y 200 m. La noción de seguridad resultante del alumbrado público no es la misma en carreteras que en la ciudad. En el primer caso, el alumbrado interesa sobre todo al automovilista que circula a una velocidad relativamente alta sobre una carretera, donde, los obstáculos fijos o móviles son raros. Por el contrario, en ciudades, la circulación es más densa y los obstáculos son generalmente 9 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) más frecuentes, pero la velocidad de circulación es generalmente menor. Se concibe, pues, que según el objeto que se persigua la elección del sistema de alumbrado se verá influenciada por la densidad, naturaleza y velocidad de circulación. 4.3 COMODIDAD La comodidad de un sistema de alumbrado depende del patrón de luminancia, de su uniformidad, del nivel de iluminación, del grado de deslumbramiento y de la disposición y naturaleza de las fuentes luminosas. Estos criterios deben ser escogidos de tal manera que se propenda por el confort y la seguridad. La noción de comodidad resultante del alumbrado público, no es la misma en las ciudades que en las carreteras. Por otra parte, el hecho de encontrarse en las aglomeraciones urbanas puede aumentar los imperativos de la comodidad. En efecto, es conveniente iluminar también las aceras y fachadas, tener en cuenta el color de la luz con el fin de crear un ambiente luminoso agradable; todo esto evitando el deslumbramiento directo, debido a las fuentes, o indirecto, debido a los objetos brillantes que se encuentran sobre la calzada. A todo esto se agrega las noción de estética que complementa la noción de comodidad. En las carreteras y en las vías de penetración, la iluminación debe, además, asegurar una continuidad óptica para permitir a los conductores circular a buena velocidad observando fácilmente toda la geometría de la vía. 5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DETERMINACIÓN DEL ALUMBRADO PÚBLICO Conforme al objeto del alumbrado público definido anteriormente, la solución de una necesidad de alumbrado público exige el análisis previo de los siguientes puntos: - La complejidad y la velocidad de la vía. Se refiere a su infraestructura, movimiento de tráfico y alrededores visuales. Se deben considerar los siguientes factores: número de carriles, inclinación, letreros y señales, entrada y salida de rampas, intersecciones y otros sitios que se consideran como áreas conflictivas. - Control de tráfico: Control de tráfico, se refiere a la presencia de letreros y señales, así como a la existencia de regulaciones. Los métodos de control son: semaforización, reglas de prioridad, regulaciones de prioridad y señales, avisos y demarcación de la vía. Cuando estos elementos no existen o son esporádicos, el control se considera escaso. - Separación. La separación, puede ser por medio de carriles específicos ó por normas que regulan la restricción para uno o varios de los tipos de tráfico. El menor grado se recomienda cuando existe esta separación. Véase la Tabla 1. - - Tipos de usuarios de la vía. Los diferentes tipos de usuarios de la vía son: automóviles, camiones, vehículos lentos, buses, ciclistas, motociclistas y peatones. Además, debe tenerse en cuenta la La geometría de la vía (rectilínea, curva, número de carriles de circulación, reglas de tránsito, superficie de la vía, ayudas ópticas que se usan), así como los puntos particulares que se pueden encontrar sobre ella (cruces, puentes, túneles, alrededores, etc.) y el gran total del que forma parte el sitio que se piensa iluminar. 10 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) En principio, todas las vías que responden de la misma manera a los cinco primeros criterios definidos anteriormente pueden ser iluminadas de manera idéntica. Por consiguiente, las vías se pueden agrupar en varios conjuntos que respondan a un tipo de iluminación en función de los fines perseguidos, diferentes para cada uno de ellos pero bien caracterizados para un mismo conjunto. Esta clasificación permite dar indicaciones sobre las necesidades concretas y proveer al autor del proyecto, de guías suficientes para la adopción de una de las soluciones tipo o de una combinación de ellas. 6. CLASES DE ILUMINACIÓN 6.1 VÍAS PARA TRÁFICO MOTORIZADO Las recomendaciones para escoger un tipo de iluminación se clasifican en cinco clases –M1 a M5– que dependen y se seleccionan de acuerdo con la función de la vía, densidad, complejidad, separación y existencia de medios para el control del tráfico, tales como las señales y semaforización. Los ejemplos típicos se muestran en la Tabla 1. Cuando se hace una selección se deben considerar todos los usuarios de la vía, incluidos los vehículos motorizados, ciclistas y peatones. 6.2 VARIACIONES TEMPORALES DE LA CLASE DE ILUMINACIÓN DE ACUERDO CON LA DENSIDAD DE TRÁFICO En donde la clase de iluminación se varíe de acuerdo con los cambios en la densidad de tráfico durante las horas de la madrugada, para propender por el ahorro de energía, los cambios en los requisitos de iluminación deben ser apropiados para la clase de Iluminación a la cual se cambie, y se debe cumplir en su totalidad con todos los requisitos de uniformidades y el criterio de deslumbramiento. Tabla 1. Clases de iluminación para diferentes tipos de vías Descripción de la vía Clase de iluminación Vías de alta velocidad con calzadas separadas exenta de cruces a nivel y con accesos completamente controlados: autopistas expresas Densidad del tráfico y complejidad de la vía Alto Medio Bajo M1 M2 M3 Vías de alta velocidad, vías con doble sentido de circulación. Control de tráfico y separación de diferentes usuarios de la vía (Nota 4) Escaso Suficiente M1 M2 Vías más importantes de tráfico urbano, vías circunvalares y distribuidoras. Control de tráfico y separación de diferentes usuarios de la vía Escaso Bueno M2 M3 Conectores de vías de poca importancia, vías distribuidoras locales, vías de acceso a zonas residenciales. Vías que conducen a las propiedades y a la otras vías conectoras. Control de tráfico y separación de diferentes usuarios de la vía. Escaso 11 M4 M5 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Bueno 12 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 2. Criterios admitidos según el tipo de vía Tipo de vía Vía M1 Vía M2 Vía M3 Vía M4 Vía M5 6.3 Velocidad de circulación (V) en km/h Muy importante V > 80 Importante 60 < V < 80 Media 30 < V < 60 Reducida V< 30 Muy reducida Al paso Tránsito de vehículos (T) vehículos/h. Muy importante T > 1000 Importante 500 < T < 1 000 Media 250 < T < 500 Reducida 100 < T < 250 Muy reducida T < 100 ÁREAS CRÍTICAS PARA TRÁFICO MOTORIZADO Para áreas críticas, el criterio de diseño recomendado es el de luminancia, la clase de Iluminación debe subirse al valor siguiente respecto a la clasificación que tenga la vía o vías que entran al área (por ejemplo, si la vía entrante más importante es Clase M3, el área crítica será Clase M2 (C2)). En donde las distancias de visión sean cortas (inferior a 60 m), la ubicación de las luminarias no sea regular, se presenten cambios en la posición de visión del conductor y las luminarias no se puedan situar adecuadamente, no se podrá utilizar el criterio de luminancia sino el de iluminancia. En donde se use la iluminancia como criterio, la iluminancia sobre la superficie de la vía del área crítica no debe ser menor a la de las vías entrantes. En la Tabla 14 se resumen las recomendaciones para este tipo de área (véase el numeral 7.4.9) En la columna para la clase de iluminación, la letra C denota “Área Crítica“, y el número corresponde a la clase de iluminación de la vía más importante que entra al área crítica, de acuerdo con la Tabla 13 (véase el numeral 7.4.9). En las áreas cuyos andenes no estén dotados de una iluminación específica peatonal, se preverá un nivel en iluminación como mínimo del 50 % del previsto en la calzada, tal como se especifica en la Tabla 12. 6.4 ÁREAS PARA TRÁFICO PEATONAL Y CICLISTAS La iluminación en estas áreas debe garantizar que los peatones y ciclistas puedan distinguir la textura y diseño del pavimento, la configuración de bordillos, escalones marcas y señales; y, además, debe ayudar a evitar agresiones al transitar por estas vías. En la Tabla 3 se presentan las siete clases de iluminación para diferentes tipos de vías. Tabla 3. Clases de Iluminación para diferentes tipos de vías en áreas peatonales Descripción de la calzada Vías de muy elevado prestigio urbano Utilización nocturna intensa por peatones y ciclistas Utilización nocturna moderada por peatones y ciclistas Utilización nocturna baja por peatones y ciclistas, únicamente asociada a las propiedades adyacentes. Utilización nocturna baja por peatones y ciclistas, únicamente asociada a las propiedades adyacentes. Importante preservar el carácter arquitectónico del ambiente. Utilización nocturna muy baja por peatones y ciclistas, únicamente asociada a las propiedades adyacentes. Importante preservar el carácter arquitectónico del ambiente. Vías en donde únicamente se requiere una guía visual suministrada por la luz directa de las luminarias. 13 Clase de iluminación P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Las clases de alumbrado establecidas en la Tabla 3 consideran las necesidades asociadas a toda la superficie utilizada, es decir, la superficie de la acera y de la calzada, en caso que exista. Cuando se haya establecido que en determinadas zonas se ha incrementado o se pueda incrementar la criminalidad o resulte necesaria la identificación de las personas, objetos u obstáculos, la clase de iluminación será un grado o dos superior a la escogida. En la Tabla 4 se asocian a las clases de iluminación los valores de iluminancia que se deben satisfacer. Tabla 4. Requisitos de iluminación para tráfico peatonal Clase de iluminación P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 7. Iluminancia horizontal (luxes) Mantenidos sobre toda la superficie usada Valor promedio Valor mínimo 20 7.5 10 3 7.5 1.5 5 1 3 0.6 1.5 0.2 No aplicable No aplicable CARACTERÍSTICAS FOTOMÉTRICAS Las luminarias y proyectores deben ser sometidos a pruebas fotométricas de laboratorio, con el fin de obtener los siguientes documentos fotométricos: matrices de intensidades, diagramas polares, curvas Isolux y curvas de coeficiente de utilización para las diferentes posiciones de bombilla. Para tales efectos, se requiere que las pruebas sean realizadas en un laboratorio certificado y acreditado nacional o internacionalmente. 7.1 PRINCIPIOS DE LA VISIÓN EN ALUMBRADO PÚBLICO El campo visual normal de un conductor comprende, en orden de importancia: - La calzada propiamente dicha - Los andenes, incluida la señalización vial - El cielo, incluidos los puntos luminosos ocasionados por la superficie visible de las luminarias. Los obstáculos eventuales o cualquier elemento susceptible de ocasionar un obstáculo deben aparecer claramente visibles en el campo visual. Puesto que la percepción y la velocidad de percepción están en relación directa con la luminancia del campo visual y los factores de contraste, es necesario conocer el mecanismo de formación de las luminancias que intervienen en el proceso. Toda fuente luminosa produce, por reflexión directa y difusa sobre la calzada, una mancha brillante cuyo aspecto depende de los factores que se anotan a continuación: - Naturaleza del revestimiento de la vía: claro u oscuro. - Estado del revestimiento: rugoso, pulido, seco, mojado. - Reparto del flujo luminoso de la luminaria, altura de montaje de la luminaria y su distancia con relación al observador. 14 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - Naturaleza e intensidad de la fuente luminosa. - Condiciones eventuales: hojas, granizo, arena, tierra, etc. 7.1.1 Toda mancha brillante producida por una fuente se desplaza con el observador, bajo un ángulo muy pequeño. Esta mancha comprende una cabeza cuyo ancho depende principalmente de la rugosidad de la superficie de la vía, y una cola que se prolonga más o menos en dirección al observador. La cabeza comienza debajo de la luminaria y casi no se extiende más allá del poste que la soporta. Es tanto más grande cuanto más clara y difusa sea la vía, menos abombada sea la calzada, y cuanto más grande sea la dimensión transversal de la luminaria. La cola es tanto más grande cuanto más deslumbrante sea la luminaria y se prolonga también cuando la vía está húmeda o lisa (Véase la Figura 1). Luminaria tipo A con revestimiento mate y seco Luminaria tipo A con revestimiento liso y seco Luminaria tipo D con revestimiento mate y seco Luminaria tipo D con revestimiento liso y seco Luminaria tipo D con revestimiento liso y corrugado Eje de observación Figura 1. Forma de áreas brillantes 15 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 7.1.2 El arte del especialista en iluminación consiste en coordinar los diferentes factores que están bajo su dependencia, para garantizar que la repartición y forma de las manchas brillantes producidas por las diferentes luminarias, dispuestas a lo largo de la calzada, tengan por efecto lograr una luminancia uniforme. 7.1.3 El traslape adecuado de las manchas luminosas producidas por las diferentes luminarias dispuestas a lo largo de la calzada asegura la uniformidad de la luminancia en el revestimiento de la calzada. La relación de la interdistancia entre los puntos luminosos y la altura de estos, así como la relación del ancho de la calzada a la altura de montaje de la luminaria son los factores predominantes para garantizar una buena uniformidad general y longitudinal. 7.1.4 La iluminación de la vía y de los alrededores depende de la naturaleza de estos espacios y de la distribución de la intensidad luminosa de las luminarias. 7.1.5 La luminancia propia de las luminarias depende de su superficie de repartición de la intensidad luminosa y de su área aparente. Si su orden de magnitud es más elevado que la luminancia de la vía y de los alrededores, puede ocasionar un efecto de deslumbramiento que reduce las facultades visuales o provoca una sensación de incomodidad que, a medida que transcurre el tiempo, ocasiona fatiga y cansancio a los usuarios de la vía. 7.1.6 Para los niveles normales de iluminancia y luminancia en alumbrado público, la percepción de los obstáculos se hace, generalmente, por efecto de silueta. El obstáculo contrasta en silueta negra sobre el fondo del pavimento iluminado. Es muy importante distribuir las luminarias de tal manera que cualquiera que sea la posición del obstáculo y del observador, el fondo sobre el cual el obstáculo se proyecta esté más iluminado que dicho elemento. En consecuencia, el fenómeno de visibilidad está íntimamente ligado al contraste de luminancia entre el obstáculo y el fondo sobre el cual éste se destaca. 7.1.7 Teniendo en cuenta la incertidumbre respecto a la naturaleza y a las propiedades fotométricas de los obstáculos eventuales, todos los factores que aumenten la sensibilidad de contraste deben tenerse en cuenta y aprovecharse al máximo. Los principales factores son: - En primer lugar, la luminancia del fondo debe ser lo suficientemente elevada y uniforme. En las áreas rurales, o si los alrededores de las calzadas tienen una luminancia insuficiente, la luminancia de la calzada es el factor preponderante para garantizar la visibilidad. En las ciudades también deben tenerse en cuenta la luminancia de las fachadas y de los alrededores; entre mayor sea ésta, mayor debe ser la luminancia de la calzada. - Es conveniente señalar que se han realizado numerosos experimentos para determinar la incidencia de la luminancia media del revestimiento de la vía sobre la percepción visual. Estos experimentos han sido efectuados por De Boer, con observadores fijos, y Dunbar, a partir de un vehículo en movimiento. - Los resultados se presentan en la Figura 2, mediante las curvas 1 y 2 que establecen la variación del contraste mínimo (C) entre la luminancia del objeto (Lo) y la luminancia de fondo (Lf) en función de esta última, en ausencia de todo deslumbramiento. 16 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - En la gráfica se aprecia que la luminancia media de la vía debe tener un valor de 2 cd/m2, para asegurar un contraste de 1/3. Este valor corresponde a una norma de seguridad aceptable para garantizar la percepción de un objeto de 0,20 m x 0,20 m, a una distancia de 100 m. - Debe tenerse en cuenta que el factor de reflexión de los obstáculos que se presenta en alumbrado público es débil, y su valor no pasa de 0,15 en el 80 % de los casos. - En segundo lugar, la incomodidad ocasionada por el deslumbramiento debe reducirse a un valor mínimo, compatible con las exigencias de la iluminación realizada. 0,8 2 Dunbar 0,7 C= Lo - L f Lf 1 de Boer C 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,01 2 3 4 5 6 7 8 9 0,1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Lf 2 cd/m 2 Figura 2. Luminancia de la vía 7.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS REVESTIMIENTOS Los revestimientos de las calzadas presentan una gran diversidad en sus características de reflexión y difusión. Estas características varían con: - la naturaleza del pavimento - su granulación y el método de construcción - el estado de uso y el estado higrométrico (seco o húmedo). 7.2.1 Las características de reflexión influyen directamente sobre el nivel y la repartición de la luminancia. Entre los diferentes revestimientos se distinguen, en forma general: los pavimentos claros (factor total de reflexión del orden de 0,20) y los pavimentos oscuros (factor total de reflexión de 0,10); 17 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) los pavimentos brillantes que presentan un índice de reflexión mixto con tendencia especular y los pavimentos mate en los cuales el índice de reflexión es aproximadamente difuso. 7.2.2 El pavimento ideal es de color claro y superficie rugosa, debe presentar una gran resistencia al uso y patinaje de los vehículos, y su perfil debe permitir que las aguas lluvias se evacuen rápidamente. 7.2.3 La iluminación horizontal Eh en un punto de la calzada no proporciona más que una indicación de la cantidad de luz que incide o que recibe la calzada en ese punto. Aunque este valor es un elemento numéricamente útil, no proporciona ninguna información sobre la calidad de la instalación de alumbrado público. Basta con comparar una misma vía en estado seco y en estado húmedo: la iluminación y su repartición permanecen idénticas en los dos casos, pero el aspecto de la calzada cambia completamente. En alumbrado público lo verdaderamente importante es la visibilidad del usuario de la vía. El conductor que circula sobre una vía iluminada está interesado principalmente en una zona situada entre 60 m y 160 m delante de su vehículo. De manera general, se considera que el observador se encuentra ubicado a una altura de 1,5 m respecto a la vía. En consecuencia, se deduce que las direcciones de observación, en el caso de luminancia, están comprendidas entre 0,5° y 1,5° respecto a la calzada. El aspecto de la vía, visto bajo estos ángulos, se caracteriza por la luminancia del pavimento que constituye –por consiguiente– el criterio principal de visibilidad. 7.2.4 En el caso de una fuente de iluminación única K, la luminancia en un punto es proporcional a la densidad del flujo luminoso recibido o a la iluminancia horizontal, de acuerdo con la siguiente relación: L= q * Eh en donde q es el coeficiente de luminancia en el punto P. Eh es la iluminancia horizontal en el punto P. Este coeficiente de luminancia para una calzada dada es función de la dirección de incidencia de la intensidad luminosa, de la dirección de observación y, de manera general, de los cuatro ángulos (α, ß, γ, δ) representados en la Figura 3. q = f (α, ß, γ, δ) 7.2.5 Debe notarse que el ángulo de observación α, en el caso particular del alumbrado público, no tiene influencia sobre el valor de q. Se considera que los ojos de un conductor sentado en su vehículo están situados a una altura promedio de 1,50 m respecto a la calzada, y él observa la zona de la calzada situada a una distancia entre 60 m y 160 m respecto a su posición. En estas condiciones, el ángulo α está comprendido entre 0,5° y 1,5°. Diferentes investigaciones han mostrado que dentro de este intervalo la dependencia del coeficiente de luminancia q respecto al ángulo α es despreciable para los revestimientos conocidos, de manera que las mediciones o cálculos se efectúan, generalmente, para un valor medio de α igual a un grado. El ángulo de observación en azimut δ no interviene sino en los casos de revestimientos no isotrópicos; con calzadas isotrópicas, la experiencia ha mostrado que las variaciones de q son muy pequeñas y los errores son mínimos, cuando δ es menor a 20º que es el valor que generalmente se presenta en las vías. 18 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 7.2.6 En consecuencia, las propiedades de reflexión de una calzada se dan en una tabla bidimensional, en la cual cada valor corresponde a una combinación de ß y γ, es decir: q =f (ß, γ) en donde ß es el ángulo en azimut entre el plano de incidencia y el plano de observación, y γ es el ángulo de incidencia en el punto P del rayo de intensidad luminosa. A pesar de la importancia del problema de la iluminación en las vías húmedas, las especificaciones de las normas y las recomendaciones se aplican únicamente en revestimientos en estado seco, debido a las dificultades encontradas para definir el grado de humedad de un revestimiento y para establecer una correlación entre este grado de humedad y la luminancia resultante. 7.2.7 Por razones de comodidad en el cálculo, el coeficiente de luminancia q se reemplaza, generalmente, por el denominado coeficiente reducido de luminancia. r = q *(cosγ)3 y los cálculos de luminancia se efectúan a partir de las siguientes relaciones: L = q* E h L = q* I (cosγ ) 3 2 H I (cγ ) q (cosγ ) 3 ( β ,γ ) L= H2 Como la distancia radial entre el punto P y la proyección de la luminaria K sobre el piso K1T en la Figura 3, es igual a H tg γ, la variable independiente γ se reemplaza por la tangente, y las características fotométricas se dan bajo la forma de una tabla bidimensional (matriz del revestimiento). r = f (ß, tg γ) Para cada par de valores discretos de ß y tg γ corresponde un valor de r. Este es el método básico para el cálculo de la luminancia en vías públicas. 7.2.8 El coeficiente de luminancia q puede ser objeto de una representación espacial, como se muestra en la Figura 4. La intersección de un rayo definido por el par de valores (ß, γ) con la superficie de la indicatriz definen un segmento cuya longitud representa el valor qo o de r para la dirección de incidencia correspondiente a ese rayo. El conocimiento de la variación del coeficiente de luminancia es indispensable para el cálculo de las luminancias. 7.2.9 Medición de las propiedades de reflexión de un revestimiento 19 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) La determinación de las características fotométricas de los revestimientos requiere la medición en el sitio o la toma de muestras para análisis posteriores en laboratorios especializados. Toma de muestra. Se estima que el revestimiento cuya tabla de reflexión va a establecerse debe tener un año de servicio como mínimo, puesto que las características cambian durante los primeros meses de uso. Los sitios para la toma de muestras se seleccionan visualmente teniendo en cuenta el sentido de circulación y adoptando como criterio la representabilidad y homogeneidad de las mismas. Se deben tomar precauciones especiales para evitar cualquier deformación de la muestra en el transporte al laboratorio. Los ensayos y mediciones fotométricas se deben realizar máximo una semana después de tomada la muestra. K γ H K' Ángulo φ β P O Eh α O' 360°- β K K' P : Plano de incidencia del flujo luminoso O O' P : Plano del observador δ : Ángulo de azimut en el plano del obsevador y la línea paralela al eje de la vía. α : Ángulo de observación β : Ángulo entre el plano de incidencia y el plano de observación. γ : Ángulo de incidencia en el punto P. δ Figura 3. Parámetros que intervienen en el coeficiente de luminancia 20 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 20° 30° 40° γ q (γ,β) 50° 0° 60° 70° 0 80° P α 180° 170° 160° 150° 140° 130° 120° 110° 90° 90° 100° 60° 70° 80° β Figura 4. Distribución espacial del coeficiente de luminancia q. 7.2.10 Independiente de estos métodos de medición relativamente complejos, numerosos estudios se han efectuado en el plano internacional para permitir la caracterización de un tipo de revestimiento determinado mediante un número reducido de parámetros. Esto conduce a una clasificación general de todo un conjunto de tipos de revestimiento. 7.3 CLASIFICACIÓN DE LAS VÍAS CON RESPECTO A SUS PROPIEDADES REFLECTIVAS (SUPERFICIES SECAS) 7.3.1 Observaciones generales Un sistema de clasificación para las vías con respecto a sus propiedades reflectivas es muy útil para poder hacer cálculos aproximados de luminancia y conocer el desempeño de las luminarias en las diferentes vías. Por ejemplo, en casos donde no se conozcan las propiedades exactas de reflexión de la superficie de una vía específica. - En la elaboración de un sistema de clasificación debe considerarse que mientras el sistema tenga un número limitado de clases (categorías-grupos) se tiene la gran ventaja de mantener la cantidad necesaria de información en un mínimo; pero, por otra parte, tiene la desventaja de incrementar los errores en los cálculos de luminancia. Sin embargo, debe notarse que prácticamente todas las superficies de las vías muestran diferencias locales en sus propiedades reflectivas y, además, se producen cambios en dichas propiedades con el tiempo debido al uso, desgaste y al clima. Para efectos prácticos, es útil tener un sistema de clasificación donde un grupo o una variedad de superficies esté representada por una sola vía clasificada. 21 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 7.3.2 NTC 900 (Tercera actualización) Selección de las clases Las clases se deben escoger de tal manera que: 7.3.2.1 Los parámetros elegidos sean representativos de las vías que prevalecen en la práctica, y 7.3.2.2 Los valores de luminancia, que se encuentren con las diferentes vías de una misma clase, estén dentro de los límites aceptables cuando se comparen con los datos y que se encuentren en concordancia con los parámetros representativos de esa superficie de vía. 7.3.3 Descripción de las propiedades de reflexión mediante tres parámetros característicos 7.3.3.1 Como se estableció en el numeral 7.2.7, las propiedades de reflexión de una vía se dan mediante el coeficiente reducido de luminancia r que da origen a las denominadas Tablas R que se representan en forma de tablas bidimensionales. r = q * (cosγ)3 7.3.3.2 Las Tablas R se utilizan para el cálculo de la luminancia, pero no permiten una comparación fácil entre las diferentes superficies ni dan una impresión general de las características de reflexión de esa calzada. Hasta el presente se han propuesto numerosos métodos para establecer una descripción de las propiedades totales de reflexión de una superficie mediante un número limitado de parámetros. 7.3.3.3 Investigaciones efectuadas en los últimos años han permitido concluir que un método de clasificación basado en dos parámetros especulares y otro parámetro que tiene en cuenta el grado de claridad de la calzada, denominado coeficiente promedio de luminancia, dan una descripción de las calzadas con la suficiente aproximación para permitir el cálculo de la luminancia de una instalación. Las investigaciones también han demostrado que el método únicamente se aplica para calzadas secas. Las características de reflexión cambian cuando las calzadas están húmedas y seguramente se van a necesitar más características para poder describirlas. Actualmente se están estudiando las características descriptivas de estos tipos de calzadas. 7.3.4 Definición de las tres características Las tres características recomendadas para la descripción de las propiedades reflectivas de una superficie de una calzada seca son: - El coeficiente promedio de luminancia, Qo - Factor especular 1, S1 - Factor especular 2, S2 Estas características se definen de la siguiente manera: 7.3.4.1 Coeficiente promedio de luminancia Qo = ∫Ωe q * dΩ ∫Ωe dΩ El ángulo sólido, Ωe se define con los límites de integración dados en la Figura 5 22 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 7.3.4.2 Factor especular S1 r ( 0, 2 ) S = 1 r ( 0, 0 ) S2 = Qo r( 0,0 ) en donde r(0,2) el valor q(cosγ)3 para β = 0 y tg γ = 2 y, r(0,0) el valor q(cosγ)3 para β = 0 y tg γ = 0 La siguiente ecuación es la relación entre S2 y el factor especular Kp S 2 = 10 Kp reemplazando S2 en consecuencia log S2 = kp log Qo /r(0,0) = KP kp = log Qo /qp en donde Kp es el factor especular; qp es el factor de luminancia para incidencia vertical de la luz r(0,0); y Qo es el coeficiente promedio de luminancia. 7.3.4.3 Procedimiento estándar para el cálculo de Qo La fórmula básica para el cálculo de Qo se da en el numeral 7.3.4.1. En la práctica, la integración numérica debe ser utilizada con base en la Tabla R medida, introduciendo así una aproximación. Para poder mantener la aproximación a un nivel aceptable, se recomienda seguir el siguiente método: La Tabla R medida se multiplica, valor a valor, por los factores de peso en la Tabla 5 y con el valor tan (γ). Los valores resultantes se totalizan y su suma se divide entre 9,936 * 107. La tabla de factores de peso se calcula con base en el método de Simpson´s de integración y se asume una interpolación cuadrática. Los límites para la integración se indica en la Figura 5. 7.3.4.4 La exactitud del sistema de descripción Si los cálculos de luminancia para la instalación de alumbrado normal de calzada se basan en las tres características Qo, S1 y S2. Se puede presumir que la exactitud de los cálculos puede estar entre los siguientes rangos: 23 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) para la luminancia promedio: ± 3 % (en valor rms) para uniformidad general: ± 4 % (en valor rms) para uniformidad longitudinal: ± 6 % (en valor rms) NOTA Los errores indicados aquí se han determinado con base en estadísticas, por medio de un gran número de cálculos de luminancia. Los cálculos se basaron en Tablas R medidas. Puesto que los errores de medición son inherentes a estas tablas, los errores mencionados anteriormente se deben tanto a la inexactitud del sistema descriptivo como a los errores en las mediciones de las Tablas R. No ha sido posible aislar el efecto de los dos tipos de error. 7.3.4.5 El uso del sistema descriptivo El sistema descriptivo está encaminado principalmente a la investigación y desarrollo y como base de cálculos exactos de luminancia, para ser usados en casos donde las aproximaciones inherentes al sistema de clasificación, descrito en el numeral 7.3.5, podrían conducir a inexactitudes no aceptables. Si las tres características van a ser utilizadas como base para los cálculos de luminancia, ellas deben ser determinadas mediante mediciones con un instrumento adecuado sobre la carretera real y una Tabla R seleccionada adecuadamente. NOTA Se han propuesto métodos matemáticos para la construcción de una Tabla R a partir de las tres características, pero mientras no exista mayor evidencia de la viabilidad en la aplicación de estos métodos, se propone la selección de una tabla de entre un gran número de Tablas R con factor especular tan cerca como sea posible que correspondan a los factores especulares en cuestión. Cualquier diferencia en Qo puede ser corregida al reajustar la tabla. 24 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA -4 NTC 900 (Tercera actualización) 165 157,5 150 142,5 135 -3 127,5 -2 120 -1 105 0 90 1 75 tan γ 70 2 50 3 45 40 4 35 5 30 6 7 25 8 9 20 10 11 15 12 β Figura 5. Límites de integración del ángulo sólido Ω e 25 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 5. Factor para el cálculo de Qo β tgγ .00 .25 .50 .75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 8 32 16 32 16 32 16 32 24 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 16 8 32 16 32 16 32 16 32 24 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 32 64 16 32 128 64 128 64 128 64 128 96 256 128 256 128 256 128 256 128 256 128 256 128 256 128 256 128 256 128 256 64 22 88 44 88 44 88 44 88 66 176 88 176 88 176 88 176 88 176 88 176 88 176 88 176 88 176 113 186 69 40 160 80 160 80 160 80 160 120 320 160 320 160 320 160 320 160 320 160 320 160 320 160 320 115 230 80 90 45 20 80 40 80 40 80 40 80 60 160 80 160 80 160 80 160 80 160 105 170 85 80 40 80 -5 -10 -25 0 0 40 160 80 160 80 160 80 160 120 320 160 320 160 320 160 320 160 275 80 90 45 0 0 0 0 0 0 0 0 20 80 40 80 40 80 40 80 60 160 80 160 80 160 105 170 40 35 -25 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 160 80 160 80 160 80 160 120 320 160 320 160 320 125 90 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25 100 50 100 50 100 50 100 75 200 100 200 100 155 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 45 180 90 180 90 180 90 180 135 360 120 120 60 75 -15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 120 480 240 480 240 480 240 480 360 960 510 270 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 240 120 240 120 240 120 240 180 480 222 33 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 120 480 240 480 240 480 240 480 360 960 240 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 240 120 240 120 240 120 240 180 480 180 -30 -75 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 120 480 240 480 240 480 240 480 360 960 480 690 -30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 240 120 240 120 240 120 240 180 480 240 480 255 135 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 120 480 240 480 240 480 240 480 360 960 480 260 510 372 33 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 240 120 240 120 240 120 240 180 480 240 480 222 33 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 240 180 240 120 240 120 240 180 480 240 480 120 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 26 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 7.3.5 Con el fin de mantener una normalización en la información para el cálculo de una instalación, las calzadas se han clasificado de acuerdo con el valor del factor especular S1 en cuatro tipos denominados R1, R2, R3 y R4. En la Tabla 6 se dan los límites del valor S1 para cada tipo así como los valores típicos para cada una de ellas. Las calzadas normalizadas tipo R correspondientes se muestran en las Tablas 7, 8, 9 y 10. Estas superficies de vía estándar se han aplicado con éxito en varios países durante los últimos años. Para mayores detalles del origen y la aplicación de esas superficies se hace referencia a las publicaciones De Boer/Vermeulen (1967), Erbay (1974) y Massart (1972). Para mayor detalle, se puede consultar la lista de referencia de la CIE-30-2 y CIE 140-2000. Para el cálculo de la luminancia se debe escoger una de las superficies de vías típicas R1 a R4. En el caso particular donde se conozcan, mediante mediciones, los valores de S1 y Qo de una vía, se debe utilizar la tabla cuyo valor de S1 se aproxime más al valor S1 medido en la vía. A menos que se especifique lo contrario, los cálculos de luminancia deben realizarse sobre una superficie de la calzada tipo R3, con un coeficiente de luminancia promedio Qo igual a 0,07 y un grado de especularidad S1 entre 0,85 y 1,35, parámetros correspondientes a una calzada con superficie de rodamiento en asfalto normal de textura gruesa y pulida. Las tablas R1,R2,R3,y R4 suministran valores de q(cosγ)3 * 104 En la Tabla 11 se dan las características de los materiales y terminados para cada tipo de calzada estándar R1 a R4. Tabla 6. Límites del valor S1 S1 límite kp límite Valor normalizado de kp S1 S2 Qo R1 S1 < 0,42 kp < 0,22 0,18 0,25 153 0,10 R2 0,42 ≤ S1 < 0,85 0,22 ≤ kp < 0,33 0,25 0,58 1,80 0,07 R3 0,85 ≤ S1 < 1,35 0,33 ≤ kp < 0,44 0,38 1,11 2,38 0,07 R4 1,35 ≤ S1 0,44 ≤ kp 0,48 1,55 3,03 0,08 27 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 7. Tabla para la superficie normalizada R1 Qo = 0,10, S1 = 0,25, S2 = 1,53 β tgγ 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 655 619 539 431 341 269 224 189 162 121 94 81 71 63 57 51 47 43 40 37 35 33 31 30 29 28 27 26 25 655 619 539 431 341 269 224 189 162 121 94 80 69 59 52 47 42 38 34 31 28 25 23 22 20 18 16 15 14 655 619 539 431 341 269 224 189 157 117 86 66 55 43 36 31 25 22 18 15 14 12 10 9,0 8,2 7,3 6,6 6,1 5,6 655 619 539 431 341 260 215 171 135 95 66 46 32 24 19 15 12 10 8,1 6,9 5,7 4,8 4,1 3,7 3,2 3,0 2,7 2,4 2,2 655 610 539 431 323 251 198 153 117 79 49 33 23 17 14 11 8,5 6,7 5,6 4,7 4,0 3,6 3,2 2,8 2,4 2,2 1,9 1,7 1,6 655 610 539 431 323 242 180 139 108 66 41 28 20 14 12 9,0 7,2 5,8 4,8 4,0 3,6 3,1 2,8 2,5 2,2 1,9 1,7 655 610 521 431 305 224 171 130 99 60 38 25 18 13 10 8,1 6,5 5,2 4,4 3,8 3,2 2,9 655 610 521 431 296 207 162 121 94 57 36 23 16 12 9,0 7,8 6,3 5,0 4,2 655 610 521 431 287 198 153 117 90 54 34 22 15 12 9,0 7,7 6,2 655 610 521 431 287 189 148 112 85 52 33 22 14 11 8,8 7,7 655 610 521 395 278 189 144 108 85 51 32 21 14 11 8,7 655 610 503 386 269 180 144 103 83 50 31 21 14 11 8,7 655 610 503 371 269 180 139 99 84 51 31 22 15 12 9,0 655 601 503 371 269 180 139 99 84 52 33 22 17 13 10 655 601 503 371 269 180 139 103 86 54 35 24 19 14 11 655 601 503 371 269 180 144 108 90 58 38 27 20 14 13 655 601 503 371 269 189 148 112 94 61 40 29 22 16 14 655 601 503 386 278 198 153 121 99 65 43 31 23 17 15 655 601 503 395 278 207 162 130 103 69 47 34 25 19 16 655 601 503 395 278 224 180 139 111 75 51 38 27 21 16 28 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 8. Tabla para la superficie normalizada R2 Qo = 0,07, S1 = 0,58, S2 = 1,80 β tgγ 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 390 411 411 379 335 303 271 249 227 195 160 146 132 118 106 96 87 78 71 67 63 58 55 52 49 47 44 42 41 390 411 411 379 335 303 271 238 216 190 155 131 113 95 81 69 58 50 43 38 33 28 25 23 21 18 16 14 13 390 411 411 379 335 292 260 227 195 146 115 87 67 50 38 29 22 17 14 12 10 8,7 7,4 6,5 5,6 5,0 4,4 4,0 3,6 390 411 411 369 325 271 227 195 152 110 67 41 27 20 14 11 8,0 6,1 4,9 4,1 3,4 2,9 2,5 2,2 1,9 1,7 1,6 1,5 1,4 390 411 403 357 292 238 179 152 117 74 43 25 15 12 8,2 6,3 5,0 3,8 3,1 2,6 2,2 1,9 1,7 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,1 390 411 403 346 291 206 152 124 95 58 33 18 12 8,9 6,3 5,1 3,9 3,1 2,5 2,1 1,8 1,6 1,4 1,3 1,2 1,2 1,1 390 411 384 325 260 184 141 106 80 48 26 15 10 7,4 5,4 4,4 3,5 2,8 2,3 1,9 1,7 1,5 390 411 379 303 238 152 119 91 67 40 21 13 9,4 6,6 5,0 4,1 3,4 2,7 2,2 390 411 370 281 216 130 108 78 61 35 18 12 8,7 6,3 4,8 3,9 3,2 390 411 346 260 195 119 93 67 52 30 17 11 8,2 6,1 4,7 3,8 390 379 325 238 173 108 80 61 45 27 16 11 7,9 5,7 4,5 390 368 303 216 152 100 76 52 40 24 16 11 7,6 5,6 4,4 390 357 281 206 152 103 76 54 41 26 17 11 7,9 5,8 4,8 390 357 281 206 152 106 80 58 45 28 17 11 8,7 6,3 5,2 390 346 271 206 152 108 84 63 49 30 18 12 9,6 7,1 6,2 390 346 271 206 152 108 87 67 52 33 21 14 11 8,4 7,4 390 346 271 206 141 114 89 69 54 35 22 15 12 10 8,5 390 335 260 206 141 114 91 71 56 38 24 17 13 12 9,5 390 335 260 206 141 119 93 73 57 40 26 18 15 13 10 390 335 260 206 141 119 95 74 58 41 27 21 17 14 11 29 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 9. Tabla para la superficie normalizada R3 Qo = 0,07, S1 = 1,11, S2 = 2,38 β tgγ 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 294 326 344 357 362 357 353 339 326 289 253 217 190 163 145 127 113 104 95 87 83 78 73 69 65 62 59 56 53 294 326 344 353 362 357 348 335 321 280 235 194 163 136 109 94 77 68 60 53 47 42 38 34 32 29 26 24 22 294 321 339 353 352 348 326 303 280 222 163 122 90 73 60 47 36 30 24 21 17 15 12 9,9 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 294 321 339 339 326 298 267 231 190 127 85 60 43 31 24 18 15 11 8,5 7,1 6,1 5,2 4,3 3,8 3,3 3,0 2,6 2,4 2,1 294 317 326 321 276 244 217 172 136 86 53 35 26 20 16 14 11 8,3 6,5 5,3 4,4 3,7 3,2 3,5 2,4 2,1 1,9 1,8 1,8 294 312 317 303 249 208 176 127 100 65 38 25 20 15 12 9,9 9,0 6,4 5,2 4,4 3,6 3,1 2,4 2,2 2,0 1,9 1,8 294 308 308 285 226 176 145 104 82 54 31 22 16 12 9,0 7,7 8,0 5,1 4,3 3,6 3,1 2,6 294 308 298 267 204 154 117 89 71 44 25 19 14 9,9 8,2 6,9 6,5 4,3 3,4 294 303 289 244 181 136 100 79 62 38 23 16 12 9,0 7,7 6,1 5,1 294 298 276 222 158 118 86 70 54 34 20 15 9,9 8,3 6,8 5,7 294 294 262 204 140 104 78 62 48 25 18 13 9,0 7,7 6,1 294 280 235 176 118 83 72 51 39 23 15 9,9 7,4 5,4 4,3 294 271 217 158 104 73 60 45 34 22 15 9,0 7,0 4,8 3,2 294 262 204 149 100 70 57 44 34 23 14 9,0 7,1 4,9 3,3 294 258 199 149 100 71 58 45 34 24 15 9,9 7,5 5,4 3,7 294 253 199 149 100 74 60 46 35 24 15 11 8,3 6,1 4,3 294 249 199 145 100 77 60 45 36 24 16 11 8,7 7,0 5,2 294 244 199 136 100 77 60 45 36 24 16 12 9,0 7,7 6,5 294 240 194 136 100 77 61 46 37 24 17 12 9,0 8,3 6,9 294 240 194 140 100 78 62 47 38 25 17 13 9,9 8,5 7,1 30 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 10. Tabla para la superficie normalizada R4 Qo = 0,08, S1 = 1,55, S2 = 3,04 β tgγ 0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 264 297 330 376 396 403 409 409 409 396 370 343 317 297 277 257 244 231 218 205 193 184 174 169 164 158 153 149 145 264 317 343 383 396 409 396 396 383 356 304 271 238 211 185 161 140 122 106 94 82 74 66 59 53 49 45 41 37 264 317 343 370 396 370 356 343 317 264 211 165 132 106 79 59 46 37 32 26 22 19 16 13 12 11 9,5 8,4 7,7 264 317 343 350 330 310 284 251 224 152 95 63 45 33 24 19 13 11 9,0 7,5 6,3 5,3 4,6 4,1 3,7 3,3 3,0 2,6 2,5 264 317 330 330 290 251 218 178 145 100 63 40 24 17 13 9,9 7,7 5,9 5,0 4,4 3,7 3,2 2,8 2,5 2,2 2,1 2,0 1,7 1,7 264 310 310 304 251 211 172 139 106 73 44 26 16 11 8,3 7,1 5,7 4,6 3,8 3,3 2,9 2,5 2,1 2,0 1,7 1,7 1,7 264 304 297 277 218 178 139 108 86 55 30 19 13 9,2 7,0 5,7 4,8 3,7 3,2 2,8 2,4 2,1 264 290 284 251 198 152 115 88 71 45 25 15 11 7,9 6,3 5,0 4,1 3,2 2,6 264 284 277 231 185 132 100 75 59 37 21 13 9,6 7,3 5,7 4,6 3,8 264 277 264 211 165 115 88 66 53 32 17 12 9,0 6,6 5,1 4,2 264 271 251 198 145 103 79 59 45 28 16 11 8,4 6,3 5,0 264 244 218 165 112 77 61 44 33 21 13 9,8 7,5 6,1 5,0 264 231 198 139 86 66 50 37 29 20 12 9,1 7,4 6,1 5,1 264 224 185 132 86 65 50 37 29 20 12 8,8 7,4 6,2 5,4 264 224 178 132 86 65 50 37 29 20 13 8,8 7,5 6,5 5,5 264 218 172 125 86 63 50 38 30 21 13 9,4 7,9 6,7 5,8 264 218 172 125 86 65 52 40 32 22 15 11 8,6 7,1 6,1 264 211 165 125 87 66 55 41 33 24 16 12 9,4 7,7 6,3 264 211 165 119 87 67 55 42 34 25 17 13 11 8,7 6,9 264 211 165 119 87 68 55 45 37 26 19 15 12 9,6 7,7 31 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 11. Designación aproximada de las superficies en las clases típicas Clase R1 R2 Descripción - Superficies de asfalto con un mínimo del 15 % de materiales abrillantadores o materiales artificiales claros o al menos un 30 % de anortositas muy brillantes - Superficies que contienen gravas que cubren más del 80 % de la superficie de la calzada, y las gravas constan de gran cantidad de material claro, o de abrillantadores o están compuestas al 100 % de anortositas muy brillantes. - Superficies de calzada de hormigón de cemento. - Superficies con textura rugosa que contiene agregados normales. - superficies asfálticas (pavimentos bituminosos que contienen del 10 % al 15 % de abrillantadores artificiales. Hormigón bituminoso grueso y rugoso rico en gravas (más del 60 %) de tamaños iguales o mayores de 10 mm. Asfalto mástico después de ser tratado. Se conoce también como asfalto mástico en estado nuevo. R3 R4 7.4 - Hormigón bituminoso (asfalto frío, asfalto cemento) con tamaño de grava superior a 10 mm con textura rugosa. - Superficies tratadas con textura rugosa pero pulimentada. - Asfalto mástico después de varios meses de uso. - Superficies con textura bastante suave o pulimentada. REQUISITOS PARA EL TRÁFICO MOTORIZADO - CONCEPTO DE LUMINANCIA Los criterios de control son: - Nivel de luminancia y uniformidad de la calzada - Iluminación de los alrededores de la vía. - Limitación del deslumbramiento, tanto el deslumbramiento enceguecedor como el de incomodidad. - Guía visual. La descripción numérica de los tres primeros criterios y los valores para ellos, bajo diferentes situaciones de tráfico, se dan en la Tabla 12. 32 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 12. Criterios de control Zona de aplicación Clase de iluminación Todas las vías Vías sin ó con pocas intersecciones Vías con calzadas peatonales no iluminadas Factor de uniformidad longitudinal de luminancia Relación de alrededores Todas las vías Todas las vías Luminancia promedio Lav(cd/m2) Mínimo mantenido Factor de uniformidad Incremento de umbral Uo Mínimo T.I.(%) Máximo inicial M1 2,0 0,4 10 0,5 a 0,71) 0,5 M2 1,5 0,4 10 0,5 a 0,71) 0,5 M3 1,0 0,4 10 0,5 0,5 M4 0,75 0,4 15 N.R. N.R. M5 0,5 0,4 15 N.R. N.R. UI Mínimo SR Mínimo NOTA 1 0,7 es para vías de alta velocidad con calzadas separadas, exentas de cruces a nivel y con accesos completamente controlados. Autopistas expresas. NOTA 2 7.4.1 N.R.: No requiere Luminancia promedio de la calzada (Lav) La luminancia promedio se calcula como el promedio aritmético de las luminancias obtenidas en cada uno de los puntos de cálculo Este es el valor mínimo que debe ser mantenido a lo largo de la vida de la instalación, y depende de la distribución de la luz de la luminaria, el flujo luminoso de las bombillas y de las propiedades de reflexión de la calzada. Valores superiores pueden aceptarse si pueden justificarse económicamente. El cálculo y la medición de la luminancia promedio de la calzada deben efectuarse de acuerdo con la norma CIE 140-2000. Los valores calculados deben tener en cuenta la luminaria y los factores de mantenimiento de la bombilla. Los factores de mantenimiento de la luminaria varían de acuerdo con el intervalo de limpieza escogido, la polución atmosférica y la calidad del sellado del compartimiento óptico de la luminaria. Sus valores pueden establecerse mediante mediciones de campo. Los factores de mantenimiento del flujo luminoso de la bombilla varían de acuerdo con el tipo de bombilla y su potencia. Estos valores los suministra, generalmente, el fabricante de bombillas. 7.4.2 Uniformidad general de luminancia de la calzada (Uo) Es la relación entre la luminancia mínima y la luminancia promedio de la vía; se mide de acuerdo con la norma CIE 140-2000. Su valor depende de los mismos factores de luminancia promedio. Este criterio es importante puesto que controla la visibilidad mínima en la vía, pero también afecta el confort. 33 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 7.4.3 Uniformidad longitudinal sobre la calzada (UL) Es la relación entre la luminancia mínima y la luminancia máxima, medidas o calculadas en dirección longitudinal a lo largo del eje central de cada carril de circulación. El número de puntos y la distancia entre ellos deberán ser iguales a los utilizados para el cálculo de la luminancia promedio de la calzada. Se mide o se calcula de acuerdo con CIE 140-2000 y su valor depende de los mismos factores que Lav. Este es un criterio que se relaciona principalmente con el confort y tiene como fin impedir la repetición de zonas de alta y baja luminancia sobre la calzada de la vía. Este concepto se aplica para secciones extensas y continuas de una vía. 7.4.4 Relación de alrededores (SR) Una de las metas principales en iluminación de vías es crear una superficie clara sobre la vía contra la cual pueden verse los objetos, sin embargo, las partes superiores de los objetos altos que están sobre la vía y los que están en el borde de la misma, particularmente en las secciones curvas, se ven contra los alrededores en la vía. En consecuencia, una iluminación adecuada en los alrededores ayuda al conductor a percibir más fácilmente el entorno y efectuar las maniobras de seguridad que sean requeridas. La función de la relación de alrededores es la de asegurar que la luz dirigida al entorno, sea lo suficiente para que los objetos que están en esos lugares sean visibles. Esta iluminación beneficia también a los peatones, cuando existe una vía peatonal. En los casos donde exista una iluminación propia de los alrededores, la utilización de la relación SR no es necesaria. 7.4.5 Condiciones de las calzadas mojadas Cuando la superficie de la calzada está mojada, ella tiende a comportarse más como un reflector especular que como difuso. Las partes brillantes de la vía disminuyen en área y aumentan en luminancia y recíprocamente para áreas oscuras. El resultado es una disminución severa en la uniformidad de luminancia lo que ocasiona que la visibilidad de la vía también se ve afectada en forma negativa. En los países donde la vía permanece mojada la mayoría del tiempo, se debe seleccionar una distribución luminosa que minimice este efecto. La norma CIE 47, da detalles para calcular Uo para condiciones de calzadas mojadas. Además, cuando sea posible, debe considerarse la utilización de materiales permeables para la construcción de la calzada. Para calzadas mojadas, Uo debe ser superior a 0,15 para la geometría de la vía, matriz de reflexión seleccionada y luminaria utilizada. Además, debe cumplir con los criterios de la Tabla 12 para calzadas secas. 7.4.6 Recomendaciones para guía visual La guía visual es la luz directa proveniente de las luminarias que puede ayudar al conductor delineando la configuración de la vía, esto es muy útil en vías periféricas, áreas de confluencia y muy contaminadas o con neblina. No existe ningún método para cuantificar la guía visual directa pero existen ciertas consideraciones prácticas que sirven de ayuda. Algunas veces los patrones de distribución de la luz de las luminarias pueden ser engañosos. Esta puede obviarse en el 34 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) estado de diseño considerando el patrón de distribución en perspectiva, es decir, cómo aparecen al usuario tanto el alineamiento como la disposición o colocación de las luminarias. La guía visual directa puede enfatizarse cambiando color de la fuente luminosa en los cruces viales etc. 7.4.7 Incremento de umbral (TI) Es una medida de la pérdida de visibilidad causada por el deslumbramiento enceguecedor (Disability Glare) debido a las luminarias. La fórmula a partir de la cual se calcula, se basa en el incremento del porcentaje en la diferencia de luminancia necesaria para volver a ver el objeto en presencia del deslumbramiento, respecto a la diferencia de luminancia necesaria para ver el objeto en ausencia de deslumbramiento, es decir cuando las luminarias son apantalladas con respecto al observador. ∆ Lo = Lf - Lo Lf , en valor absoluto en donde Lf = luminancia del fondo (vía) Lo = luminancia del objeto ∆Lo = diferencia de luminancia justa para ver el objeto (umbral) Lv = luminancia de velo equivalente, causado por la presencia del deslumbramiento ∆LG = diferencia de luminancia necesaria para ver el objeto en presencia del deslumbramiento El procedimiento matemático se da en el numeral 8.4 de la norma CIE 140-2000, y el cálculo se efectúa para una luminaria limpia equipada con una bombilla que emite el flujo luminoso inicial. Este tipo de deslumbramiento se calcula a partir del incremento de umbral que se explica en el numeral 7.4.8 El TI se calcula en la condición más desfavorable, es decir, con las luminarias limpias y con el flujo inicial de la bombilla 7.4.8 Deslumbramiento de incomodidad, incapacitivo 7.4.8.1 Deslumbramiento de incomodidad Hasta el presente no se ha desarrollado ningún método satisfactorio para cuantificar este tipo de deslumbramiento en vías. anteriormente se utilizó el índice G ó marca de control del deslumbramiento, de acuerdo con la publicación CIE 31 (TC-4.6) 1976, pero se presentaron anomalías o incertidumbres en su aplicación. Las evidencias en el campo sugieren que las instalaciones diseñadas de acuerdo con las especificaciones del TI de la Tabla 12 son adecuadas respecto al deslumbramiento de incomodidad. 35 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Entornos brillantes, tales como edificios iluminados tienden a mitigar el deslumbramiento de incomodidad pero como la iluminación de edificios es variable y puede ser apagada durante la noche, no es recomendable incluirla en el diseño de la iluminación de vías. 7.4.8.2 Deslumbramiento incapacitivo El método para evaluar el deslumbramiento incapacitivo se basa en la fórmula Holladay, que fue reconfirmada y se encontró que era aplicable también para niveles bajos de iluminación (Adrián 1961 y 1975, Fisher y Christie 1965, Fry 1955, Hartmann 1963 y 1968). De acuerdo con la fórmula, el efecto del deslumbramiento es descrito por una luminancia uniforme equivalente resultante de la luz dispersa en el ojo que se sobrepone a la ubicación de la imagen en la retina disminuyendo el contraste. La luminancia de velo equivalente, Lv, en cd/m2 puede ser expresada por: Lv = K 1 E 2G θ en donde cuando θ se expresa en grados ó K1= 3* 103 K1 = para efectos prácticos, se toma como 10 cuando θ se da en radianes EG = la iluminación en el ojo del observador, producida por la fuente de deslumbramiento en el plano perpendicular a la línea visual expresada en lux. θ = ángulo entre el centro de la fuente deslumbrante y la línea de visión (grados) El exponente de θ es válido desde aproximadamente 1,5° hasta 60° (0,025 radianes a 1,00 radianes). Para garantizar que el ángulo nunca sea inferior al límite más bajo, la dirección de la vista del observador se debe elegir paralela al eje de la vía y dirigirse un grado(1º) hacia abajo de la horizontal. Esto coincide con la geometría de las observaciones normalizadas para mediciones de luminancia promedio. Para ángulos más pequeños, el exponente de θ difiere considerablemente (Fry 1955, Hartmann 1968). Para propósitos de evaluación del deslumbramiento en iluminación de vías, se puede despreciar la poca influencia que tiene la longitud de la fuente de deslumbramiento sobre el exponente de φ θ y el nivel de luminancia en K. Para una instalación total las luminancias de velo equivalentes de cada luminaria, se deben sumar como se indica a continuación: n Lvtotal = ∑ Lvi i =1 7.4.8.3 Incremento de umbral (de deslumbramiento) El incremento de umbral TI se calcula para el estado inicial de la instalación, mediante la siguiente fórmula: TI = k * Eg / ( Lav)0,8 * θ2 % 36 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) en donde k es una constante que varía con la edad del observador. Generalmente se considera un observador de 23 años de edad, en cuyo caso es igual a 650 porque: Lv = 10 * Eg / θ2 y TI = 65 * Lv / (Lav)0.8 Para edades del observador diferentes a 23 años, el valor de la constante k se calcula a partir de la siguiente fórmula k = 641 [ 1 + ( A / 66,4 )4 ] en donde A edad del observador en años Eg es la iluminancia total inicial producidas por las luminarias, en su estado nuevo, sobre un plano normal a la línea de visión y a la altura del ojo del observador. El observador está ubicado a una altura de 1,50 m. sobre el nivel de la calzada y con relación a ésta está colocado de la siguiente manera: transversalmente a ¼ del ancho total de la calzada y longitudinalmente a una distancia, frente al inicio del campo de cálculo, de : 2,75 ( H –1,5 ) donde H es la altura libre de montaje de la luminaria, en metros. (Se asume que el ángulo de apantallamiento del techo del vehículo es de 20º ) Lav es la luminancia media inicial de la superficie de la calzada θ es el ángulo en grados entre la línea de visión y el centro de cada luminaria. El cálculo del TI se inicia con el observador situado en la posición inicial, definida anteriormente, y luego se repite moviendo el observador hacia delante con incrementos que son los mismos en número y distancia que los utilizados para el espaciado longitudinal de los puntos utilizados para el cálculo de la luminancia promedio de la calzada. El TI de la calzada es el correspondiente al valor máximo encontrado en los cálculos. Esta ecuacaión es válida para 0,05 < Lav < 5 cd m –2 y 1,5°< θ <60° Eg se añade para la primera luminaria en la dirección de observación y luminarias mas alejadas, hasta una distancia de 500 m. 7.4.9 Iluminación en áreas críticas En aquellas areas críticas donde la luminancia no es aplicable se deben utilizar las Tablas 13 y 14 que se presentan a continuación. 37 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 13. Clases de Iluminación en áreas críticas donde la luminancia no es aplicable Área crítica Clase de iluminación Pasos subterráneos C(N) = M (N) Intersecciones, cruces, áreas, rampas, puentes, entradas a divergencias o convergencias, áreas con C(N) = M ( N-1 ) anchos de carriles restringidos. Cruces ferroviarios: Simples C(N) = M(N) Complejos C(N ) = M (N-1 ) Glorietas sin señalización: grandes C1 medianas C2 Pequeñas C3 Area vehicular en fila de espera (p. ej. Aeropuesrtos, terminal de transporte, entre otros) Grandes C1 Medianas C3 Pequeñas C5 NOTA En esta tabla la letra entre paréntesis es el número de clase, así, C(N) = M ( N-1 ) significaría que la clase de área crítica es C2 si la vía mas importante que llega al área crítica es M3. 38 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 14. Otras áreas críticas Pasos peatonales subterráneos Calzadas bajo y sobre puentes vehiculares C1 C1 Iluminancia Promedio (Luxes) 30 30 Puentes peatonales Zonas peatonales bajas y aledañas a puentes peatonales y vehiculares C2 20 33 C2 20 33 Canchas múltiples recreativas Plazas y plazoletas Andenes, senderos, paseos y alamedas peatonales en vías tipo M1, M2 y en parques. C0 C1 50 30 40 33 C3 15 33 Clase de iluminación Clasificación Uniformidad general Uo>= (%) 33 40 C4 10 33 P4(***) P5(***) 5 3 33 33 Senderos, paseos y alamedas peatonales en vías tipo M4 y M5. C4 10 33 Ciclo rutas en vías tipo M1, M2 y en parques. C2 20 40 Ciclo rutas en vías tipo M3. Ciclo rutas en vías tipo M4. C3 C4 15 10 40 40 Ciclo rutas en vías tipo M5. C5 7.5 40 Intersecciones viales a nivel entre vías M2 C0 50 40 Glorietas grandes : en las cuales confluyen vías tipo M2 Glorietas medianas : en las cuales confluyen vías tipo M3 C0 C1 50 30 40 40 Glorietas pequeñas : en las cuales confluyen vías tipo M4 C2 20 40 Glorietas pequeñas : en las cuales confluyen vías tipo M5 Ciclo rutas, senderos, paseos, alamedas y demás áreas peatonales adyacentes a rondas de ríos, quebradas, humedales, canales y demás áreas distantes de vías vehiculares iluminadas u otro tipo de áreas iluminadas. Conexión de vías con trayectos diferentes a orejas (Ej. Alrededor de una o varias cuadras : entradas a barrios). Convergencias/divergencias en cruces vehiculares a nivel y a desnivel (Orejas y Conectantes). Pasos vehiculares deprimidos o subterráneos C3 15 40 C4 10 40 Andenes, senderos, paseos y alamedas peatonales en vías tipo M3. Andenes en vías tipo M4. Andenes en vías tipo M5. (**)(*) 40 C1(*) 30 C0 50 40 40 Continúa . . . 39 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 14. Otras áreas críticas (Final) Clase de iluminación Clasificación Iluminancia Promedio (Luxes) CIE 88 Uniformidad general Uo>= (%) Túneles vehiculares (*) Cuando se trate de vías diferentes a las tipo M1 y M2, se calcula el nivel de iluminancia de la vía de mayor categoría con el 40 % de uniformidad general. (**) Para este tipo de vías se calculará el 50 % del nivel de iluminancia de la vía de mayor categoría. De forma equivalente, se aplica este criterio para los tramos de carreteras que se iluminen en entradas/salidas a municipios, con respecto al nivel de la vía urbana que los suceda o anteceda. (***) Véanse las tablas 3 y 4. 40 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 7.5 NTC 900 (Tercera actualización) CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS 7.5.1 Clasificación de acuerdo con el tipo de la construcción 7.5.1.1 Luminarias de carcasa partida o de dos cuerpos independientes Las luminarias de carcasa partida o de dos cuerpos independientes están compuestas por los siguientes elementos: - Una CARCASA destinada a alojar los accesorios eléctricos (compartimento de accesorios eléctricos) NOTA La fabricación se realiza generalmente, pero no se limita, en aluminio mediante los procesos de: coquilla, fundición, extrusión, inyección o embutido. También se puede fabricar en otros materiales, siempre y cuando se garantice en el tiempo su resistencia al impacto, a las condiciones atmosféricas, a la vibración, a los cuerpos extraños etc. - Un REFLECTOR que tiene como función principal hacer el reparto del flujo luminoso de la bombilla y adicionalmente sirve como protector mecánico del sistema óptico (compartimento óptico). NOTA Construido generalmente en aluminio embutido, brillado químicamente y sometido a un proceso de oxidación anódica - En las luminarias cerradas, una CUBIERTA o sistema de cierre del conjunto óptico, NOTA Puede ser fabricado en acrílico, policarbonato protegido contra las radiaciones ultravioleta o vidrio templado, de seguridad y resistente a los choques térmicos y al impacto. Este tipo de luminarias se caracteriza porque tanto la CARCASA como el REFLECTOR son dos cuerpos totalmente independientes y el REFLECTOR no está protegido contra impacto 7.5.1.2 Luminarias de carcasa enteriza o de un solo cuerpo Estas luminarias están compuestas por los siguientes elementos: - Una CARCASA que constituye la estructura sobre la cual se alojan y se ensamblan el conjunto óptico o compartimento óptico , el conjunto de accesorios eléctricos o compartimento de accesorios eléctricos y las cubiertas de dichos conjuntos. En algunos tipos de luminarias la carcasa sirve como cubierta o capó de los accesorios eléctricos NOTA La fabricación se realiza generalmente, pero no se limita, en aluminio mediante los procesos de: coquilla, fundición, extrusión, inyección o embutido. También se puede fabricar en otros materiales, siempre y cuando se garantice en el tiempo su resistencia al impacto, a las condiciones atmosféricas, a la vibración, a los cuerpos extraños etc.. - Una CUBIERTA o CAPÓ destinada a cerrar el compartimento o conjunto de accesorios eléctricos y en ciertos modelos de luminarias sirve también como elemento protector del reflector. 41 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) NOTA La fabricación se realiza generalmente, pero no se limita, en aluminio mediante los procesos de: coquilla, fundición, extrusión, inyección o embutido. También se puede fabricar en otros materiales, siempre y cuando se garantice en el tiempo su resistencia al impacto, a las condiciones atmosféricas, a la vibración, a los cuerpos extraños etc. - Una CUBIERTA o sistema de cierre destinado a proteger el compartimento óptico y garantizar su grado de hermeticidad. NOTA Esta cubierta puede ser fabricada con un difusor o refractor en acrílico, policarbonato protegido contra las radiaciones ultravioletas o vidrio templado, de seguridad y resistente al impacto y a los choques térmicos. En algunos modelos de luminarias el vidrio se fija y pega directamente a la carcasa de la luminaria para mantener el índice de hermeticidad durante el tiempo. 7.5.2 CLASIFICACIÓN DE ACUERDO CON LA DISTRIBUCIÓN FOTOMÉTRICA 7.5.2.1 Clasificación de luminarias según CIE En la primera edición de la CIE 12 se usaron los términos cutoff, semicutoff y noncutoff, para describir el tipo de distribución de intensidad luminosa producido por las luminarias utilizadas en el alumbrado de vías. P 20° Figura 6. Plano inclinado para evaluación del deslumbramiento El que una determinada luminaria quede clasificada dentro de una cualquiera de esas tres categorías depende de las intensidades luminosas proporcionadas por ella en ángulos de 80° y 90°, medidos en elevación desde el nadir, y de la dirección de la intensidad máxima. Esta clasificación de la distribución de intensidad de una luminaria se aprovechó entonces como medio para describir la limitación del deslumbramiento. Pero en las nuevas recomendaciones de la CIE la limitación del deslumbramiento se da en función de los parámetros que determinan directamente el efecto del deslumbramiento molesto y el de incapacidad. 42 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Por consiguiente, la CIE ya no usa las especificaciones de distribución de intensidad luminosa en función de cutoff, semicutoff y noncutoff. En el informe técnico de la CIE se ha presentado un nuevo método de clasificación de luminarias, pero únicamente para permitir hacer una descripción, en términos generales, del tipo de distribución de intensidad luminosa. De este modo, cada tipo de luminaria, de acuerdo con esa clasificación, puede utilizarse para cualquier aplicación, con tal que dicha luminaria cumpla las exigencias correspondientes de nivel de luminancia, uniformidad y limitación de deslumbramiento, necesarias para la aplicación especifica para la cual se está utilizando. La nueva clasificación de luminarias de la CIE se basa en tres propiedades fundamentales de las luminarias: a) La distribución luminosa de la luminaria en sentido longitudinal se denomina alcance de la luminaria. b) La distribución luminosa en el sentido transversal de la calzada se denomina dispersión. c) La facilidad de poder controlar el deslumbramiento producido por la luminaria se denomina control. a) Alcance El alcance se define mediante el ángulo de elevación (medido hacia arriba desde el nadir) del centro del haz, γmáx, y es el medio entre los dos ángulos de elevación correspondiente al 90 % de la intensidad máxima, tal como se ilustra en la Figura 7. Los grados de alcance se definen como sigue: γ máx < 60°: alcance corto 60° ≤ γ máx ≤ 70°: alcance intermedio γ máx > 70°: alcance largo El alcance se calcula como: γ1 + γ 2 = γ max = Alcance 2 b) Dispersión La dispersión se define mediante la posición de la línea –paralela al eje de la calzada– tangente al contorno de la curva correspondiente al 90 % del Imáx en la calzada. Pueden encontrarse dos de estas líneas, de las cuales se tomará la más alejada, como se indica en la Figura 8. La posición de esta línea queda mostrada por el ángulo γ90, comprendido entre la normal y la dirección desde la luminaria hasta esa línea, en el plano perpendicular al eje de la calzada (plano C90). De la Figura 8 se deduce que γ90= arctg b/h. 43 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Los tres grados de dispersión se definen como sigue: γ90 < 45°: dispersión estrecha. 45° ≤ γ 90 ≤ 55°: dispersión media γ90 > 55°: dispersión ancha Tanto el alcance como la dispersión de una luminaria se pueden determinar más fácilmente partiendo del diagrama isocandela en proyección acimutal. Este método se ilustra en la Figura 9. c) El control El control queda definido por el índice específico de la luminaria, SLI. Es la parte del índice de deslumbramiento G determinada únicamente por las propiedades de la luminaria. En las hojas de características fotométricas se da el valor numérico del SLI de las luminarias. También en el caso del control hay que distinguir tres grados: SLI < 2: Control limitado 2 ≤ SLI ≤ 4: Control moderado SLI > 4: Control intenso Las diferencias del SLI de cada grupo, sobre todo en el de control intenso, son tan grandes aún que conviene comprobar el valor del SLI de las luminarias del mismo grupo y anotar las diferencias. Es importante poner de relieve, nuevamente, que la clasificación anterior trilateral de la CIE para las luminarias, aunque da utilidad como indicación de la adecuación de una luminaria para distintas aplicaciones, no debe ser utilizada como referencia de exigencias de calidad. Una instalación que consista, por ejemplo, en luminarias del tipo de control limitado, montadas en postes altos, puede traducirse en una limitación del deslumbramiento mejor que otra formada por luminarias de control intenso con menor altura de montaje. 90° 90% Imáx. γmáx. 90% Imáx. γ 0° Figura 7. Curva de intensidad en el plano de máxima intensidad luminosa, en el que se da una indicación del ángulo γmáx para la determinación del alcance 44 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) γ90° h b 0 1h 2h 90 % Imáx 3h 4h 5h 0 1h 2h 3h Figura 8. Diagrama ISO candela relativo proyectado en la calzada, en el que se incluye una indicación del ángulo γ90 para la determinación de la dispersión 0° C 90° 90° 90 %Imáx γ máx γ 90° 0° γ Figura 9. Diagrama ISO candela relativo proyección azimutal, que incluye una indicación de los ángulos γmáx y γ90 para la determinación del “alcance” y la “dispersión” El SLI está dado por la siguiente fórmula : SLI = 13,84 - 3,31 log (I80) + 1,3 (log(I80/i88))0,5 - 0,08 log(I80/I88) + 1,29 log (F) + C en donde I80/I88 intensidades luminosas correspondientes a ángulos γ80 y γ88 dentro del plano C = 0°, los cuales son considerados como críticos. F es la superficie aparente de la parte iluminada de la luminaria, vista desde el plano C = 0° y γ = 76°, expresada en m2 C factor cromático del tipo de fuente luminosa, para sodio baja presión C = 0,4 y para otro tipo de fuentes C = 0. 45 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Esta fórmula sólo es cierta si se cumplen los siguientes límites: 50 cd < 80< 7 000 cd 1 < I80/I88 < 50 7 x 10-3 m2 < F < 4 x 10-1 m2 7.5.2.2 Clasificación de luminarias según IES Las luminarias pueden clasificarse según el grado de apantallamiento del flujo luminoso emitido, en los siguientes tipos: Tipo A (completamente cutoff) Cuando la intensidad luminosa a un ángulo igual o superior a 90º, medido a partir del nadir, es cero y, adicionalmente, para ángulos verticales iguales o superiores a 80º, medidos a partir del nadir, la intensidad en candelas por 1000 lúmenes de la bombilla no debe exceder numéricamente de 100 (10 %). Esta condición se aplica para todos los ángulos laterales alrededor de la luminaria Tipo B (cutoff) Cuando la intensidad luminosa en candelas por 1000 lúmenes de la bombilla no exceden numéricamente de 25 (2,5 %) para ángulos iguales o superiores a 90º, medidos a partir del nadir y, adicionalmente, para ángulos verticales iguales o superiores a 80º sobre el nadir, el valor de la intensidad no puede ser superior a 100 (10 %). Esta condición se aplica para todos los ángulos laterales alrededor de la luminaria Tipo C (semicutoff) Cuando las candelas por 1000 lúmenes de la bombilla no exceden numéricamente de 50 (5 por ciento) para ángulos iguales o superiores a 90º, medidos a partir del nadir, y estas tienen un valor de 200 (20 %) para ángulos verticales iguales o superiores a 80º medidos a partir del nadir. Esta condición se aplica para todos los ángulos laterales alrededor de la luminaria. Tipo D (noncutoff) No existe ninguna limitación de la intensidad luminosa en ningún ángulo vertical. La inclinación y posición de la bombilla dentro del reflector de la luminaria modifica las características de la distribución luminosa y, por consiguiente, cambia la clasificación de la luminaria. 46 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Relación de la distancia transversal a la altura del montaje 1,0 2,0 20° 1,0 1,0 MH TRL 80° 90° 80° 70° Rango de distribución corto 60° 40° 50° 60° 2,25 MH TRL 3,0 Rango de distribución medio 70° Rango de distribución grande 2,75 MH LRL 1,75 MH LRL 6,0 1,0 MH LRL 1,0 MH LRL 5,0 4,0 3,75 MH TRL 6,0 MH TRL Rango tipo I no ov 7,0 Co n Pla ert 82 1/2° 8,0 l ica 9,0 Rango tipo II 10,0 Rango tipo III Rango tipo IV 11,0 Relación de la distancia longitudinal a la altura del montaje 75° 80° 5,0 20° 30° 70° 4,0 10° 40° 2,0 3,0 0° 85° Línea longitudinal de la calzada (LRL) Figura 10. Según IES 47 Línea transversal de calzada (TRL) 0 0 Luminaria 1,0 NTC 900 (Tercera actualización) NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 8. CONSTRUCCIONES 8.1 LOCALIZACIÓN DE LAS LUMINARIAS 8.1.1 Altura de montaje de instalación de las luminarias La altura de montaje H de las luminarias se define como la altura del centro de la bombilla al piso. En la práctica las características fotométricas de la luminaria, los niveles fotométricos requeridos, las condiciones de mantenimiento, las facilidades de operación y las consideraciones presupuestales determinan la escogencia de la altura. Se recomienda utilizar únicamente postes con dimensiones normalizadas. En ciertos casos se puede recurrir a luminarias de mayor potencia, colocadas a una altura mayor, con el fin de aumentar el espaciamiento entre postes, para reducir el número de éstos. El mantenimiento de tales instalaciones presenta algunas dificultades y requiere un equipo especial. Para la iluminación tipo peatonal se pueden utilizar luminarias tipo ornamental y, si la situación local lo permite, instalarlas sobre las fachadas de las edificaciones adyacentes, con la ayuda de brazos murales. 8.1.2 Interdistancia entre luminarias La interdistancia S entre luminarias es la distancia comprendida entre dos luminarias sucesivas, medida según el eje de la vía; este intervalo está relacionado con la altura de montaje H adoptada por las luminarias. Cuanto más pequeña sea la relación S/H, mayor será la uniformidad de la iluminación. 8.1.3 Tipos de disposiciones La disposición de las luminarias sobre las vías puede ser una de las siguientes presentadas en vista de techo: - unilateral, véase la Figura 11; - bilateral en oposición, véase la Figura 12; - bilateral alternada, véase la Figura 13; - central doble sencilla, véase la Figura 14; - doble central doble, véase la Figura 15. En algunos casos especiales se utilizan combinaciones de las anteriores. La disposición unilateral se admite, generalmente, cuando el ancho W de la vía por iluminar es inferior a la altura de montaje H de las luminarias. Véase la Figura 16. En el caso de vías dobles, si el separador es estrecho y si las dos vías responden a la condición en la que el ancho de la vía es menor que la altura de montaje de la luminaria, la disposición más económica consiste en colocar en el separador postes provistos con dos 48 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) luminarias que dirigen su flujo luminoso hacia cada una de las dos vías laterales, respectivamente. Sin embargo, la mejor solución luminotécnica consiste en colocar las luminarias en oposición sobre el borde exterior de las dos vías. Las disposiciones bilaterales en oposición y bilateral alternada se recomiendan cuando el ancho de la vía es superior a la altura de montaje de las fuentes. Estas disposiciones aseguran una buena repartición de la uniformidad de luminancia sobre la calzada. Para una vía medianamente ancha, se recomienda la disposición bilateral alternada, mientras que para una vía muy ancha, se recomienda adoptar una disposición bilateral en oposición. S = Distancia entre postes W = Ancho de calzada Figura 11. Disposición unilateral de las luminarias Figura 12. Disposición bilateral en oposición de las luminarias Figura 13. Disposición bilateral alternada de las luminarias Figura 14. Disposición central doble sencilla de las luminarias 49 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Figura 15. Disposición doble central doble de las luminarias α α' a = Avance W = Ancho de calzada H = Altura de montaje de la luminaria α = Ángulo de inclinación del conjunto óptico de la luminaria α' = Ángulo de inclinación del brazo H a W Figura 16. Ángulos y distancias de una luminaria instalada 50 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) En el caso de disposición bilateral alternada se debe, sin embargo, seleccionar una interdistancia conveniente para evitar el efecto desagradable del parpadeo (flicker). Véase el Anexo D En el caso de vías dobles con un separador medianamente ancho –3 m a 5 m– se recomienda una disposición de las luminarias en oposición sobre cada borde exterior de las dos vías con una serie de luminarias intercaladas sobre el separador central, si fuera necesario. En la Tabla 15 se resumen las recomendaciones enunciadas. Tabla 15. Disposición de las luminarias recomendadas de acuerdo con la relación S/H Clase de iluminación M1 Altura (m) 12-14 3.5-4 M2 10-12 M3 8,5 - 10 Disposición de las luminarias Relación S/H 3.5-4 3.5-4 Criterio Dos carriles de circulación Disposición Unilateral Tres carriles de circulación Bilateral alternada Cuatro carriles de circulación Dos carriles de circulación Bilateral opuesta Unilateral Tres carriles de circulación Bilateral alternada Cuatro carriles de circulación Bilateral opuesta Ancho de la calzada menor o igual a la Unilateral altura de las luminarias Ancho de la calzada entre 1 y 1,5 veces la Bilateral alternada altura de las luminarias M4 M5 7-9 6 3.5-4 3.5-4 Ancho de la calzada mayor a 1,5 veces la Bilateral opuesta altura de las luminarias Unilateral A criterio del diseñador Con respecto a la Tabla 15 se pueden hacer las siguientes recomendaciones y además se debe tener en cuenta, que las disposiciones aconsejadas pueden cambiar según las características fotométricas de las luminarias y condiciones particulares de cada proyecto - Iluminación Tipo M1 y M2. Con las alturas usuales que varían entre 10 m y 14 m, conviene una disposición unilateral en las calzadas de dos carriles con un ancho de vía del orden de 7 m; y una disposición bilateral alternada cuando la calzada tenga tres carriles con un ancho de vía del orden de 10,5 m. Cuando la calzada sea más ancha, se debe utilizar la disposición bilateral en oposición. - Iluminación Tipo M3. Para este tipo de iluminación, a la cual corresponden alturas de montaje entre 8,5 m y 10 m, se recomienda utilizar una disposición unilateral cuando el ancho de la calzada tiene el mismo orden de magnitud que la altura de montaje. Se aconseja la disposición bilateral alternada cuando el ancho de la calzada está comprendido entre 1 y 1,5 veces la altura de montaje de la luminaria; y la disposición bilateral en oposición cuando el ancho sea superior a 1,5 veces la altura de montaje de la luminaria. - Iluminación Tipo M4. La iluminación requiere una disposición unilateral, ya que las vías secundarias tienen, generalmente, dos carriles. 51 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA - NTC 900 (Tercera actualización) Iluminación Tipo M5: La disposición y la altura de montaje debe escogerse teniendo en cuenta las condiciones locales: arborización, jardines, etc. Como regla general, los postes se deben alinear paralelamente al eje de la vía. Por seguridad, se recomienda una distancia no inferior a 60 cm del borde del sardinel. No se recomienda instalar postes en separadores que tengan un ancho menor de 1,50 m y altura sobre la calzada menor de 30 cm. 8.2 DISPOSICIÓN DE LAS LUMINARIAS EN LAS CURVAS Y EN LAS DISCONTINUIDADES DE LA VÍA Las recomendaciones que se dan a continuación no constituyen una solución definitiva para cada caso particular. El encargado del diseño debe tener en cuenta las condiciones del tránsito automotor, la importancia relativa de las vías, la localización de monumentos, los obstáculos existentes, las señales de tráfico, etc. 8.2.1 Generalidades En sitios críticos como bifurcaciones, curvas, cruces, etc. se debe reforzar la iluminación disminuyendo, por ejemplo, la interdistancia entre las luminarias. El observador debe contar, siempre, al final de un paso crítico (por ejemplo, un paso de peatones)con una luminaria colocada de tal manera que perciba perfectamente por contraste sobre la zona luminosa todo obstáculo que se encuentre en este paso crítico. Así, en las Figuras 17 y 18, un peatón debe ser visible por contraste sobre la zona luminosa como se muestra en la Figura 17. En el caso de la Figura 18, la luminaria debe ser desplazada hacia atrás, en el sentido del eje de la vía, de tal manera que el peatón se destaque nítidamente. 8.2.2 Disposiciones de las luminarias en las curvas (véanse las Figuras 19, 20 y 21) En las curvas, las luminarias se colocan únicamente del lado exterior, y cuanto más pequeño sea el radio de la curva, más se disminuye el intervalo entre ellas. Esto responde a los principios anteriores relacionados con asegurar una señalización de la vía. Es necesario, en todos los casos, prever una luminaria en los puntos donde las prolongaciones de los ejes de circulación interceptan el lado exterior de la curva. La localización de estas dos luminarias determina la posición de las otras luminarias en la curva. Si el tránsito es importante y el ancho de vía hace que la iluminación en el lado interior de la curva sea insuficiente, se deben prever luminarias suplementarias en este lado de la curva. 8.2.3 Cruce en T (véase la Figura 22) Vías de igual importancia. Una luminaria A se coloca en el eje del lado derecho del carril 1-1. Una luminaria A' se coloca del mismo lado de la luminaria A, de manera que el automovilista que circula según la trayectoria tA encuentre delante de él una luminaria a su entrada en el carril 1-1´. La luminaria B está situada de manera que el automovilista que circula según la trayectoria tB encuentre delante de él una luminaria en el momento de cortar la trayectoria tC. Esta luminaria se sitúa a unos 10 m de la esquina del cruce, y su localización determina la disposición de las luminarias en la vía 3. 52 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) La luminaria C se debe situar de tal manera que el automovilista que circula en el sentido del carril 2-2´, según trayectoria tC encuentre una luminaria delante de él en el momento de cruzar la vía 3. Esta luminaria se sitúa a 10 m de la esquina del cruce (del lado opuesto de A), y su localización determina la disposición de las luminarias en este sector de la vía. Figura 17. Visibilidad en la zona luminosa Figura 18. Visibilidad en la zona luminosa 53 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Figura 19. Disposición de luminarias en curva Distancia 0,7X X Luminarias fuera de una curva Vía 0,7X Vía 0,7X X 0,55X X Distancia 0,55X X 0,55X 0,55X Luminarias dentro de una curva NOTA La separación entre luminarias puede variar dependiendo de las características fotométricas de la luminaria Figura 20. Disposición de luminarias en curva 54 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Y 0,9Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y Luminaria 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,75Y 0,9Y Y Vía NOTA La separación entre luminarias puede variar dependiendo de las características fotométricas de la luminaria utilizada y del diseño de la iluminación Figura 21. Disposición de las luminarias en las curvas 55 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA A" NTC 900 (Tercera actualización) A' A 3 tA 3 tC C' C tB S' < S S' < S 10. m B C" S 10. m S B' B" 3 Figura 22. Disposición de las luminarias en un cruce en T Con miras a reforzar la iluminación en las proximidades del cruce, se pueden reducir las distancias AA', BB' y CC' hasta ¾ S. La discontinuidad así obtenida en la alineación de las luminarias a lo largo de las vías tiene la ventaja de advertir la existencia del cruce. 8.2.4 Cruce en Y (Figura 23) Vías de igual importancia a partir del mismo razonamiento dado en el numeral 9.2.3. Se puede justificar la presencia de las luminarias A, B y C. 8.2.5 Cruce en X (Figura 24 y 25) Vías de igual importancia. La luminaria A desaparece; solo subsisten las luminarias B y C que se disponen simétricamente con relación al centro del cruce. La Figura 24 se refiere al caso de la iluminación unilateral; la Figura 25 al de la iluminación bilateral. Las vías de la Figura 24 pueden tener un tráfico no restringido para ambas vías; el control del tráfico puede ser con señales de pare en una o ambas vías, semáforos o guardas de tránsito. Estas intersecciones se complican por el tráfico de peatones. El nivel de iluminancia en estas áreas debe ser mayor que los niveles de las vías que se interceptan, en, al menos, la suma de los valores recomendados. 56 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Las luminarias deben ser localizadas de tal manera, que la iluminancia sea suministrada a vehículos y peatones en el área de intersección, en los cruces peatonales y en las áreas adyacentes a la vía. Aquí es de particular importancia, la cantidad de luz sobre la superficie vertical de los objetos, la cual hace que se diferencien de los demás elementos en la vía. La Figura 25 muestra una intersección más grande y compleja. Los problemas y técnicas de iluminación son similares al caso de la intersección más pequeña. Para ello pueden necesitarse la utilización de luminarias con fuentes luminosas de mayor capacidad. 8.2.6 Glorietas (Véase la Figura 26) La iluminación de las glorietas es un problema difícil. Aunque cada caso particular se debe estudiar sobre el terreno, se pueden formular algunas recomendaciones generales que podrán adaptarse a las condiciones locales. Si el diámetro de la zona verde central es pequeño, será suficiente colocar una sola luminaria con distribución simétrica de flujo, en el centro y a gran altura. Es conveniente sembrar arbustos en esta zona central con el fin de obtener buen contraste. Si el diámetro de la zona verde central lo justifica, se colocarán luminarias detrás del borde de esta zona, en frente de cada una de las vías concurrentes (Luminarias A en la Figura 26). Se colocarán una o más luminarias C sobre el lado exterior de la glorieta con el fin de señalar la curva. Se deben colocar, además, las luminarias B, con el objeto de dar al automovilista una indicación de las diferentes vías de acceso que tiene la glorieta y hacer visibles los obstáculos que se encuentren cuando el automovilista abandona la glorieta y sigue por una de las vías concurrentes. 1 A" S A' B B" 3 A C C' S' < S C" S Figura 23. Disposición de luminarias en un cruce Y 57 2 C'" NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) B' B C' C C C' E'<E B E B' Figura 24. Disposición unilateral para cruce en X B' B C C' C' C B E'<E E B' Figura 25. Disposición bilateral para cruce en X 58 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Figura 26. Disposición de luminarias en glorietas 8.2.7 Cruce de una vía iluminada con una vía no iluminada (véase la Figura 27) Con el objeto de reforzar la iluminación en el sitio de cruce e indicar esto a los usuarios de la vía no iluminada, se recomienda utilizar diagonalmente a uno y otro lado de la vía iluminada las dos luminarias (véase la Figura 27). 8.2.8 Cruce Y entre dos vías iluminadas de importancia diferente En este caso, conviene reforzar la iluminación a la entrada de la vía más importante, con el fin de llamar la atención de los automovilistas que penetran y deben seguir circulando por la vía principal. 8.2.9 Cruce con separadores direccionales (véase la Figura 28) En este caso se debe evitar, por razones de seguridad, colocar los postes en los separadores direccionales, a menos que estos últimos tengan dimensiones grandes. (véase la Figura 28). 8.3 CRUCES ILUMINADOS EN VÍAS NO ILUMINADAS Si se trata de un cruce peligroso en vías no iluminadas, es indispensable asegurar entre el cruce mismo bien iluminado y las vías que se cruzan, una transición, bien sea disminuyendo la interdistancia o aumentando la potencia de las luminarias. Esta transición se va obteniendo 59 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) progresivamente a medida que uno se aproxima al cruce. Los tramos así iluminados serán más largos cuanto más importante y rápido sea el tránsito. Cuando se desea iluminar una glorieta en la cual concurren vías no iluminadas (por ejemplo en zonas rurales), debe realizarse un diseño de iluminación cuyo resultado garantice que la instalación final no deslumbre a los automovilistas. 8.4 DISPOSICIONES DE LAS LUMINARIAS EN PLANOS INCLINADOS Los planos visuales se incrementan para un conductor cuando se presentan curvas o planos inclinados. En general, las curvas con radio de curvatura muy grande y las pendientes muy suaves pueden iluminarse satisfactoriamente tratándolas como tramos de superficie de vías rectas y planas. Las curvas con ángulos agudos y elevaciones pronunciadas requieren un espaciamiento menor entre las luminarias, para garantizar mayor nivel de luminancia y mejor uniformidad. Cuando las luminarias deban instalarse en pendientes fuertes se recomienda orientarlas según un eje longitudinal paralelo a la pendiente de la vía, es decir, el ángulo spin igual al ángulo de la pendiente. Esto asegura una máxima uniformidad y reduce el deslumbramiento (véase la Figura 29). 8.5 DISPOSICIONES DE LAS LUMINARIAS EN CONVERGENCIA Y DIVERGENCIA DE TRÁFICO (VÉASE LA FIGURA 30) 8.5.1 Vías de convergencia La iluminancia en estas áreas debe ser por lo menos igual al 50 % del valor de la iluminancia promedio de las vías a las que converge (véase la Figura 30). A A Figura 27. Disposición de luminarias en el cruce de una vía iluminada con otra no iluminada 60 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Figura 28. Disposición de luminarias en cruces con separadores direccionales Eje de la luminaria Horizontal spin Ángulo de máxima intensidad Plano paralelo al eje de la vía Perpendicular a la vía Vertical Pendiente θ NOTA θ = Ángulo de la pendiente de la superficie. Spin = ángulo de rotación de la luminaria sobre el eje del brazo, debe ser igual a θ Figura 29. Disposición de luminarias en los planos inclinados 61 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) (g) Unidad requerida para iluminación parcial Unidades adicionales para iluminación continua Figura 30. Vías de divergencia 8.5.2 Vías de divergencia La iluminación de estas vías debe ser al menos igual al 50 % del valor de la luminancia promedio de la vía por la cual viene circulando el conductor. (Véase la Figura 30). Este valor debe garantizarse como mínimo en una longitud igual a dos veces la interdistancia entre postes. 8.6 PUENTES Cuando el puente no presenta una discontinuidad en la vía, su iluminación no tiene ninguna dificultad. Por ejemplo, si el puente tiene el mismo ancho de la vía en que se encuentra, se le ilumina de la misma forma que el resto del recorrido. Por el contrario, si éste presenta un estrechamiento de la calzada, se recomienda prever un aumento de su iluminación; sin embrago, en todos los casos se debe procurar que las entradas, salidas y los bordes de los puentes sean perfectamente visibles. 8.7 VÍAS ARBORIZADAS Debe tenerse en cuenta que aún con luminarias montadas a buena altura no es necesario podar los árboles hasta la altura de la luminaria, se deben podar únicamente aquellas ramas que estén por debajo del haz luminoso útil, también es importante considerar la forma del follaje del árbol y la distancia del árbol al poste donde esta la luminaria, lo ideal es que esta distancia sea la mitad de la interdistancia de postes. El follaje entre luminarias y ligeramente más abajo que las mismas ayuda a apantallar las luminarias más lejanas y favorece la visibilidad por efecto de la silueta. La disminución del deslumbramiento aumenta la visibilidad y la comodidad de los automovilistas y peatones. 62 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Para lograr una coordinación entre la arborización y la iluminación, es necesario, en algunos, casos efectuar algunas desviaciones en los parámetros de instalación, tales como altura de las luminarias, interdistancias, disposición de las luminarias, etc. La disminución de la efectividad luminosa dependerá en cada caso del tipo y de la magnitud de la desviación. 9. CÁLCULOS Y MEDICIONES DE ILUMINANCIA Y LUMINANCIA 9.1 ILUMINANCIA 9.1.1 CÁLCULOS DE ILUMINANCIA Los cálculos de diseño de alumbrado público se deben hacer con base en luminancia o iluminancia según requerimientos particulares. Si se requiere un análisis detallado del diseño, se hace esencial la utilización del computador para confiabilidad y agilidad de los cálculos, los cuales se realizan partiendo de los datos fotométricos de la luminaria. Por lo general, los fabricantes suministran esta información. 9.1.1.1 La matriz de intensidades La Figura 31 muestra una matriz de intensidades luminosas del sistema C - γ, dichas matrices se pueden presentar en formatos IES y/o CIE. 9.1.1.2 El diagrama polar La Figura 32 muestra una curva polar típica para una luminaria de alumbrado público. 9.1.1.3 Curva Isolux La Figura 33 muestra una curva isolux característica para una luminaria de alumbrado público. 9.1.1.4 Curvas de coeficiente de utilización Estas curvas se suministran como una función entre la relación ancho de la calzada/altura de montaje con el porcentaje del flujo luminoso que cae efectivamente sobre la calzada. Las curvas de coeficiente de utilización se dan para una luminaria específica equipada con una bombilla determinada, en una posición definida y con un ángulo de inclinación con relación a la horizontal (luminarias horizontales) o a la vertical (luminarias verticales) especificado. Estas curvas permiten calcular, en función de la relación w/h, los valores relativos del flujo luminoso que incide hacia adelante (K1) y hacia atrás (K2) con respecto a la vertical que pasa por el centro de la bombilla (véase la Figura 34). 63 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Tipo de luminaria Reglaje vertical NTC 900 (Tercera actualización) Inclinación Protector Fuente (s) Reglaje Horizontal Inclinación 7° Sistema de coordinadas C - γ Tipo de bombilla Potencia No. de bombillas Tipo de reflector No C= 7° 180° 0° 18 c= C ° =0 0° 27 C C= 0° Eje d inc e lina ció n 0° α Eje polar γ 180 ° γ 90° γ γ=0 ° Eje Temperatura ambiente C = plano vertical de medida γ = ángulo de elevación α = ángulo de inclinación E PLANO C 0° 4° 8° 12° 16° 20° 24° 28° 32° 36° 40° 44° 48° 52° 56° 60° 62° 64° 66° 68° 70° 72° 76° 78° 80° 84° 90° C tra ns v ers a l M = centro del sistema óptico de la fuente EJE POLAR = proyección vertical que pasa por el centro del sistema óptico de la luminaria Candelas / 1.000 lúmenes 270° 184 179 174 166 160 153 143 133 122 117 109 097 085 069 056 045 038 032 027 022 016 011 004 004 003 003 002 250° 185 180 176 168 164 156 148 138 129 120 114 105 093 080 057 054 048 043 037 031 024 019 010 007 005 004 003 230° 185 182 176 172 169 163 159 153 144 136 128 119 111 098 085 071 063 056 048 042 034 027 015 011 008 004 003 210° 184 184 181 179 177 175 175 172 168 166 164 157 146 131 115 097 088 078 067 058 049 039 021 015 009 005 003 200° 184 185 184 182 183 182 183 182 181 181 183 178 168 157 139 119 108 097 085 074 062 051 029 020 013 005 004 190° 184 185 185 184 185 187 190 192 191 194 195 191 183 170 152 132 120 109 096 086 073 059 035 024 015 005 004 180° 184 185 186 187 190 192 195 198 202 203 205 201 191 178 159 137 126 113 102 090 077 064 039 027 017 006 004 170° 184 186 187 187 191 194 199 203 205 210 211 206 195 178 157 135 123 111 099 087 075 062 037 026 017 006 004 160° 183 186 187 189 194 197 201 204 206 209 208 200 186 170 149 128 116 105 093 081 069 058 035 026 017 006 004 150° 184 187 188 190 193 196 199 200 199 198 194 185 171 152 133 112 101 090 079 069 058 047 029 021 014 006 004 140° 184 186 189 191 193 194 195 193 188 183 176 166 152 131 116 097 088 078 069 059 049 040 024 018 013 006 004 130° 184 188 189 190 191 190 188 183 175 168 157 144 128 112 095 079 070 062 054 047 039 031 019 014 011 006 004 Figura 31. Ejemplo de una matriz de intensidades luminosas dentro del sistema C - γ 64 110° 184 188 189 191 188 185 177 168 155 140 124 108 093 077 063 051 045 039 033 028 024 020 012 010 007 006 004 90° 186 188 191 192 189 182 173 160 145 128 110 092 076 061 049 038 032 028 024 021 018 014 009 008 007 006 004 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Intensidad luminosa en Cd / 1. 000 lúmenes 90° 90° 80 80° 80° 120 160 70° 70° 240 300 60° 60° 360 50° 40° 480 40° 30° 180° 30° 540 20° 270° 600 10° 10° 0° 170° 0° 20° 90° 10° 270° 0° 180° 90° Figura 32. Diagrama polar 2 1 1 2 3 4 5 Lado de la casa 0 Lado de la calle transversal con la altura de montaje 7 6 0,01 0,005 B1 5 4 0,2 A1 3 0,1 0,05 0,02 3 0,5 2 B3 1,0 B2 1 Relación de la distancia longitudinal con la altura de montaje Dirección de la línea longitudinal de la vía C= 50° 420 50 55 60 65 70 72,5 75 77,5 180 A2 0 0 Posición de la luminaria Luxes debajo de 2 Dirección de la línea transversal de la vía Ángulo vertical Figura 33. Curva Isolux 65 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) K% K1 40 H W2 H atrás K % = K1 adelante + K2 atrás 30 W1 adelante H 20 W2 P2 K2 10 W1 0 P1 P0 H 2H 3H 4H 5H L H W Figura 34. Curvas de coeficiente de utilización 9.1.1.5 Cálculos de iluminancia mediante la curva de coeficiente de utilización La curva de coeficiente de utilización permite calcular rápidamente el nivel promedio de iluminancia o la separación entre postes, a partir de la siguiente fórmula: E promedio = Θ* Cu* Fm W*S en donde φ = flujo luminoso inicial de la bombilla Cu = coeficiente de utilización del sistema Fm = factor de mantenimiento W = ancho de la calzada considerada S = separación entre postes Cuando se recomienda un nivel dado de iluminancia, se puede calcular –mediante la fórmula anterior– el nivel promedio de iluminancia obtenido, si se conoce la separación o interdistancia entre postes o bien la interdistancia a la cual deben colocarse los postes. Debe tenerse en cuenta que este método no suministra ninguna información sobre la calidad de la iluminación, la cual se controla mediante el concepto de la uniformidad Uo, definido mediante las siguientes relaciones: Uo = Emínimo / Epromedio ; UG = Emínimo / Emáximo 9.1.1.6 Cálculo de la iluminancia promedio y del coeficiente de uniformidad Para calcular el coeficiente de uniformidad de una instalación de iluminación se recomienda utilizar el método de cálculo denominado de los nueve puntos, que consiste en dividir el área comprendida entre dos luminarias consecutivas, colocadas sobre el mismo lado de la vía, en 66 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) tres zonas que definen los nueve puntos, tal como se muestra en la Figura 35 (véase la fórmula en el numeral 9.1.1.6). a) Método de cálculo Estos dibujos se deben hacer utilizando la misma escala a la cual está dibujada la curva Isolux. Se localiza cada luminaria en el centro de la curva Isolux y se lee la influencia de esa luminaria sobre cada punto. Al final, se obtiene una serie de lecturas sobre cada punto ocasionados por la influencia de las luminarias sobre dicho punto. Se suman las lecturas para obtener el nivel luminoso en cada uno de los nueve puntos. P9 P6 P8 P3 P5 P2 P1 d W/2 = W = S/2 b S/2 a W/2 s P7 P4 c Interdistancia entre luminarias Ancho de la calzada Unilateral 1 4 7 2 5 8 3 6 9 1 4 7 2 5 8 3 6 9 Bilateral opuesta con avances W2 diferentes w 1 4 7 2 5 8 3 6 9 s s Bilateral alternada Central doble w 1 4 7 2 5 8 3 6 9 s w s 67 w w NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Los esquemas anteriores ayudan a ubicar los nueve puntos, para diferentes sistemas de alumbrado, de acuerdo con la disposición de los postes y el tipo de vía. Figura 35. Ubicación de los nueve puntos según la localización de las luminarias 68 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Punto Lecturas P1 EP1 Suma P2 EP2 P3 EP3 NTC 900 (Tercera actualización) P4 EP4 P5 EP5 P6 EP6 P7 EP7 P8 EP8 P9 EP9 Debe tenerse en cuenta que estos niveles representan la iluminancia en cada punto, pero bajo las condiciones de la curva Isolux. Por ejemplo, si las características de la curva Isolux son: φ = 1 000 lúmenes H = 1m El nivel de iluminancia real de cada punto se obtiene multiplicando su valor por: 1 H 2 * φ 1000 * Fm en donde b) φ = flujo luminoso de la bombilla H = altura de montaje de la luminaria Fm = factor de mantenimiento Cálculo del nivel promedio de iluminancia A partir de la localización de los nueve puntos, el nivel promedio de iluminancia se calcula a partir de la siguiente fórmula (nivel promedio ponderado). Ep real = Ep * 1/ H2 * φ/1 000 * Fm c) Cálculo del porcentaje de uniformidad A partir de los valores obtenidos se escogen el punto mínimo, el punto máximo y el nivel promedio para calcular las uniformidades definidas en el numeral 10.2 9.1.1.7 Cálculo de la iluminancia por computador a) Fórmula La iluminancia horizontal en un punto se calcula a partir de la siguiente fórmula o una fórmula matemáticamente equivalente: Eh = ∑ I (c,γ) . (cosγ )3 . ϕ . MF / H2 en donde Eh = iluminancia horizontal mantenida en el punto, en luxes. Indica la sumatoria de la contribución de todas las luminarias. 69 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA I (c,γ) = b) H = MF = NTC 900 (Tercera actualización) intensidad en cd/klm en la dirección del punto; ángulo de incidencia de la luz en el punto. altura de montaje en m de la luminaria; flujo luminoso inicial en klm de la bombilla o bombillas de la luminaria. producto del factor de mantenimiento del flujo de la bombilla y el factor de mantenimiento de la luminaria. Campo de cálculo El campo de cálculo deberá ser típico del área de la calzada que le interesa al conductor y al peatón; puede incluir las aceras, los carriles de ciclorrutas y las zonas peatonales. Como se muestra en la Figura 36, el área se limita por los bordes de las calzadas (incluidas X ciclorrutas y zonas peatonales, si es aplicable) y por las líneas transversales a través de dos luminarias consecutivas. Para las instalaciones alternadas, las luminarias consecutivas estarán en lados opuestos de la carretera. Véase la Figura 13. D/2 S D/2 D = S/N D/2 d = w/3 w Campo de cálculo Figura 36. Puntos de cálculo para la iluminancia c) Posición de los puntos de cálculo Los puntos de cálculo se deben espaciar uniformemente en el campo de cálculo (véase la Figura 36) y su número se debe escoger como sigue: - en la dirección longitudinal El espaciado en la dirección longitudinal debe determinarse a partir de la ecuación siguiente: D = S/N en donde D es el espaciado entre puntos en la dirección longitudinal (m), S es el espaciado entre luminarias (m), y N es el número de puntos de cálculo en la dirección longitudinal con los siguientes valores: 70 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 71 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) para S menor o igual a 30 m, N = 10; para S mayor de 30 m, el entero más pequeño para el que se obtenga D menor o igual a 3 m. La primera fila transversal de puntos de cálculo se espacia a una distancia D/2 mas allá de la primera luminaria (m) - en la dirección transversal El espaciado (d) en la dirección transversal se determina a partir de la ecuación: D = Wr / 3 en donde D es el espaciado entre puntos en la dirección transversal (m) Wr es el ancho de la calzada o del área aplicable (m) El espaciado de los puntos de los bordes del área aplicable es D/2 en la dirección longitudinal y d/2 en la dirección transversal, como se indica en la Figura 16. d) Número de luminarias incluidas en el cálculo Para el diseño se deben considerar las luminarias que estén dentro de un valor igual a cinco veces la altura de montaje desde el punto de cálculo. e) Aceras y carriles para ciclorrutas Los puntos de cálculo se deben espaciar uniformemente en el campo de cálculo (véase la Figura 36), y su número se deberá escoger de la siguiente forma: - dirección longitudinal Si las aceras o los carriles de ciclorrutas son de la misma clase de iluminación que la calzada, pueden considerarse conjuntamente con la calzada para determinar el espaciado de los puntos de cálculo en la dirección longitudinal, en caso contrario se aplica el numeral 9.1.1.7 c) - dirección transversal df = Wf / n en donde df es el espaciado entre puntos en la dirección transversal en metros; Wf es el ancho de la acera o del carril de la ciclo-ruta en metros; n es el número de puntos en la dirección transversal con los siguientes valores: para Wf menor o igual a 1.0 m, n=1, 72 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) para Wf mayor que 1.0, n es el entero más pequeño para el que se obtenga df menor o igual a 1.0 m. Los puntos adyacentes al borde de la calzada deben espaciarse desde el borde de la calzada a la mitad de la distancia entre puntos. Para el número de luminarias incluidas en el cálculo, se aplica en el numeral 9.1.1.7.d) f) Áreas de forma irregular Estas pueden incluir áreas conflictivas, zonas residenciales y áreas donde predomina la actividad peatonal. Los puntos de cálculo deben cubrir áreas aplicables y estar sobre una malla con un espaciado entre puntos no mayor de 5 m. Para áreas de un interés o una importancia particular se debe considerar un espaciado de alrededor de 1,0 m. g) Número de luminarias incluidas en el cálculo Este debe ser el mismo número utilizado para los cálculos de la calzada. h) Cálculo de las características de calidad Las características de calidad relacionadas con la luminancia deben obtenerse a partir de las mallas calculadas de luminancia sin interpolación adicional. Para la iluminancia media inicial o luminancia media inicial, MF es 1.0, y deben tomarse los valores iniciales del flujo luminoso de la bombilla o de las bombillas de las luminarias. Para la luminancia o iluminancia media tras un periodo estacionario, el MF para la luminaria después del periodo estacionario en las condiciones ambientales de la instalación deberá tomarse conjuntamente con el flujo luminoso en kilolúmenes, de la fuente o fuentes de luz de la luminaria tras el período estacionario. i) Iluminancia media de la calzada (Emed) La iluminancia media se calcula como la media aritmética de las iluminancias obtenidas en los puntos de cálculo especificados en el numeral 9.1.1.7.c). Para las zonas conflictivas, peatonales o con formas irregulares, se sigue el procedimiento del numeral 9.1.1.7.f). j) Iluminancia mínima sobre la calzada La iluminancia mínima se toma como el valor más bajo (en luxes) de las iluminancias en el campo de cálculo. Para las zonas conflictivas, peatonales o con formas irregulares se sigue el procedimiento del numeral 9.1.1.7.f). k) Iluminancia media sobre los pasos peatonales La iluminancia media se calcula como la media aritmética de las iluminancias obtenidas en los puntos de cálculo del numeral 9.1.1.7.c). 73 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA l) NTC 900 (Tercera actualización) Iluminancia mínima sobre los pasos peatonales La iluminancia mínima se toma como el valor más bajo (en luxes) de las iluminancias en el campo de cálculo. m) Uniformidad de la Iluminancia La uniformidad de la iluminancia horizontal se calcula como el cociente entre la iluminancia mínima y la iluminancia media. n) Relación de alrededores La relación de alrededores es la iluminancia horizontal media en dos franjas longitudinales , cada una adyacente a los dos bordes de la calzada y que están situadas fuera de la calzada, dividida por la iluminancia horizontal media en dos franjas longitudinales cada una adyacente a los dos bordes de la calzada pero que están situadas sobre ésta misma. Relación de alrededores (SR): El ancho de las cuatro franjas debe ser igual a 5 m, o la mitad del ancho de la calzada, o el ancho de la zona sin obstáculos que caiga fuera de la calzada, cualquiera que sea la menor de ellas. Para calzadas dobles, ambas calzadas se deben tratar conjuntamente como si fueran una única, a menos que estén separadas por más de 10 m. La iluminancia media en las franjas sobre y adyacente a la calzada deberán calcularse por el mismo procedimiento, o por un procedimiento matemáticamente equivalente al utilizado para calcular la iluminancia media en los pasos peatonales. 9.1.2 Medición de iluminancia El procedimiento de medición que se presenta a continuación muestra los aspectos fundamentales que se deben considerar cuando se desee conocer el grado de aproximación de la instalación en condiciones reales frente a las condiciones teóricas de diseño. Este método de medición está de acuerdo con lo establecido en la publicación CIE 140-2000. El procedimiento contempla la forma de evaluación de los campos de medición seleccionados por el sistema de muestreo, los requisitos que debe reunir el campo por medir, la forma del marcado de la malla, la ejecución de las mediciones y el cálculo de los parámetros de calidad a partir de los datos obtenidos en las mediciones. El procedimiento incluye la evaluación de los casos especiales y de las vías peatonales, en las que se determina la forma de marcación del campo de medición y los parámetros de calidad por evaluar. Cuando no sea posible realizar la medición porque es técnicamente inapropiado o involucra alto riesgo, se define la evaluación a partir de cálculos de cada uno de los parámetros de calidad, por medios informáticos; de la verificación en campo de la operatividad de las unidades de alumbrado en el campo de medición y de la configuración de la instalación. 9.1.2.1 Medidas de iluminancia Con el fin de verificar en el terreno los valores de iluminancia calculados en un diseño de iluminación se utiliza un aparato denominado luxómetro ó fotómetro. El aparato de medida utilizado debe cumplir con los siguientes requisitos: 74 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - Debe tener calibración o verificación vigente en todo el rango de medición por utilizar, con un patrón trazable internacionalmente. - Su exactitud debe ser mejor al 5 %. - Debe tener el factor coseno efectivamente corregido hasta 85° - Debe tener corrección de color que siga la curva de eficiencia luminosa espectral CIE, V(λ). - La sensibilidad del aparato debe ser independiente de la temperatura ambiente dentro del sitio o, si es sensible, se deben indicar los factores de corrección. 9.1.2.2 Evaluación del campo de medición seleccionado El campo de medición deberá reunir las siguientes características: 1) No debe presentar obstáculos que obstruyan la distribución luminosa de las luminarias (árboles, automóviles estacionados, etc.). 2) El recubrimiento de las calzadas no debe presentar ondulaciones (presencia de baches pronunciados) que impidan la visualización de los puntos de medición ó la horizontalidad del luxómetro. 3) No debe estar ubicado en las zonas calificadas como altamente peligrosas desde el punto de vista delincuencial. 4) Debe estar libre de influencia de fuentes luminosas diferentes a las del sistema por evaluar (vehicular o comercial). 9.1.2.3 Procedimiento de medición La iluminancia debe medirse sobre la superficie de la vía en los puntos especificados en la Figura 36, según lo establecido por la publicación CIE No. 140-2000. Todas las fuentes de luz que pertenezcan a la instalación del alumbrado que se va a medir deben ser visibles y estar encendidas, mientras que aquellas fuentes que no lo sean deben apagarse. Para estar seguros de la confiabilidad de las mediciones se debe tener en cuenta lo siguiente: - Todos los instrumentos de medición deben estar calibrados. - Se debe tener en cuenta la geometría de la instalación: altura de montaje, avance, ángulo de inclinación de la luminaria, interdistancia, ancho de vía, posición de la bombilla en el reflector. - Por medio de inspección visual se debe verificar que los accesorios eléctricos y la bombilla sean los adecuados para la luminaria. - Verificar la tensión de alimentación en los bornes de las luminarias. - Las luminarias deben estar en régimen normal de funcionamiento. 75 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - Las bombillas deben ser nuevas con un envejecimiento mínimo de 100 h. - El conjunto óptico de la luminaria debe estar limpio. - Se deben anotar las condiciones atmosféricas existentes en el momento de la medición. - En lo posible, se debe eliminar el efecto de las fuentes luminosas ajenas al sistema analizado que puedan causar errores en la medición, tales como avisos luminosos, faros de automóviles, etc. - Evitar la toma de mediciones con el piso mojado porque pueden presentarse reflexiones que introducen errores. - El personal que interviene en las mediciones no debe producir sombras en el campo de medición, ni bloquear la luz hacia el aparato de medición. Cuando se realice una medición, el procedimiento por seguir está descrito en el diagrama de flujo siguiente: Evaluación del vano Se puede medir? No Cálculo de parámetros de calidad Si Verificación de características de la instalación Identificación de la vía Marcado Medición de parámetros de calidad Procesamiento de datos Evaluación de los resultados 76 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA a) NTC 900 (Tercera actualización) Marcación de la vía La marcación de los puntos de medición en los tramos o campo de medición seleccionados dependerá del tipo de calzada para lograr una buena visualización durante las mediciones. - calzadas claras y oscuras Se sugiere que la marcación de los puntos por medir en este tipo de calzada se realice con tiza blanca. - calzadas adoquinadas Se sugiere que la marcación de los puntos por medir en este tipo de calzada se realice con tiza blanca. - malla de medición en vías rectas Para la marcación de la vía se realizará el siguiente procedimiento: Los puntos de cálculo se deben espaciar uniformemente en el campo de cálculo (véase la Figura 36), y la cantidad debe ser seleccionada de la siguiente manera: - en dirección longitudinal El espaciamiento en dirección longitudinal se determina a partir de la siguiente ecuación: D= S N en donde Para D es el espaciamiento entre los puntos en la dirección longitudinal (m); S es el espaciamiento entre luminarias (m) N es el número de puntos de cálculo en la dirección longitudinal con los siguientes valores: S ≤ 30 m, N=10 Para S > 30 m, el entero menor que resulte dé D ≤ 3 m. La primera fila de puntos de cálculo están espaciados a una distancia D/2 mas allá de la primera luminaria (m) - en la dirección transversal d= Wr 3 77 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) en donde b)- d es el espaciamiento entre los puntos de la dirección transversal (m) Wr es el ancho de la calzada del área pertinente Toma de lecturas Sobre el terreno, se localizan los mismos puntos utilizados en las memorias de cálculo, se coloca el aparato en cada punto y se registran las lecturas. A continuación, a partir de las lecturas registradas se calcula el nivel promedio y los porcentajes de uniformidad: Ep = Σ Ei / n Uo=Emin/Ep c)- Ep Iluminancia promedio Ei Iluminancia en cada unos de los puntos de la malla N Número de puntos Uo Uniformidad promedio Emin Iluminancia mínima sobre la calzada. Informe de la medición En el informe se recomienda incluir los siguientes datos: - Localización del sitio donde se efectuó la medición. - Fecha y hora de la medición. - Descripción detallada del sistema de iluminación en el que se incluye: tipo de luminaria, altura del montaje, interdistancia entre postes, avance, inclinación de la luminaria, disposición y condiciones de los alrededores. Se debe incluir gráfico de la vía en planta y corte, donde se ilustren las características de la instalación. - Condiciones eléctricas de operación. - Condiciones de operación de las luminarias. - Condiciones atmosféricas. - Tabla de datos medidos en el sitio. - Descripción de los instrumentos utilizados. - Nombre de las personas participantes en la medición. Malla de medición vías curvas 78 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) El marcado de la vía debe ser de treinta puntos por carril, y estos deben estar distribuidos como se muestra en la Figura 37. v/2 C/16 C/2 C C/16 L/10 L/10 V/2 Arco (L) Calzada Verma Verma Figura 37. Malla de medición para tramos curvos a) A lo ancho del carril [w]. Tres puntos ubicados así: el primero a un sexto (1/6) del ancho del carril, el segundo punto a un medio (1/2) del ancho del carril y el tercer punto a un sexto (1/6) del ancho del carril, en el sentido opuesto. b) A lo largo del vano [L]. Para L menor o igual a 50 m, diez puntos ubicados así: el primero al inicio del vano (a la altura del poste inicial del vano), el segundo punto a un décimo (1/10) de la distancia entre postes, el tercer punto a un quinto (1/5) de la distancia entre postes y así sucesivamente hasta llegar al punto número diez que estará ubicado a nueve decimos (9/10) de la distancia entre postes. Para L mayor a 50 m, el número de puntos debe ser tal que la separación entre los mismos no exceda de 5 m. - Malla de medición en casos especiales Se consideran casos especiales en la marcación para las mediciones: intersecciones, rampas, pendientes, secciones de intercambio, plazas, cruces y puentes peatonales, óvalos y glorietas. La marcación debe estar de acuerdo con los puntos utilizados en el diseño. NOTA 1 Se entiende por errores de repetibilidad la diferencia que existe entre lecturas efectuadas por un mismo operador, en un mismo campo de medición, en tiempos muy cercanos, utilizando el mismo medio de medición. NOTA 2 Los errores por reproducibilidad son las diferencias introducidas por diferentes operadores en un mismo campo de medición, en tiempos muy cercanos utilizando el mismo instrumento. - Capacitación de personal El personal el cual tiene a su cargo la toma de mediciones deberá estar capacitado con el fin de evitar: 79 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA - NTC 900 (Tercera actualización) Luces extrañas introducidas por el operador: Deberá evitarse la producción de sombras o el bloqueo de la luz que llega al instrumento receptor de luz. Deberá evitarse introducir luz adicional por reflexión sobre ropa blanca o colores fosforescentes. - Introducción de errores de medición por deficiencias en la calibración de los aparatos de medición por usar en el momento de la medición. - Introducción de errores por deficiencias en las lecturas. variación de las alturas de medición, posición del sensor y señalización de los puntos de medición. 9.2 - El personal seleccionado para efectuar las mediciones no debe introducir errores por repetibilidad y reproducibilidad mayores al 1 %. - Medición de áreas críticas - Esta medición se hará el los puntos presentados en los puntos de diseño del proyecto. LUMINANCIA 9.2.1 Cálculo de la luminancia 9.2.1.1 Método de cálculo de la CIE El método establecido en la norma CIE 140-2000 se aplica para los cálculos de luminancia en calzadas rectas y secas. La luminancia en un punto se determina aplicando la siguiente fórmula o una fórmula matemáticamente equivalente: L = ∑ I (C,γ ) . r . ϕ . MF. 10-4 / H2 en donde L es la luminancia mantenida en cd/m2. ∑ representa la sumatoria de las contribuciones de todas las luminarias. I(C,γ) es la intensidad luminosa en la dirección (C,γ), en cd/klm. r es el coeficiente de luminancia reducido, para un rayo de luz que incida con unas coordenadas angulares (β,γ). ϕ es el flujo luminoso inicial en klm de las fuentes de cada luminaria. MF es el producto del factor de mantenimiento del flujo de la bombilla y el factor de mantenimiento de la luminaria. 80 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) H es la altura de montaje en m de la luminaria por encima de la superficie de la calzada. I(C,γ) se determina a partir de la Tabla I de la luminaria después de haber realizado las correcciones correspondientes a la orientación, inclinación y rotación de la luminaria y la interpolación, si es necesaria. De la misma manera, si es necesario, r para los valores apropiados de β y tan γ se determina después de aplicar la interpolación cuadrática. Salvo que se especifique lo contrario para el revestimiento de la calzada, se debe utilizar la matriz R3 de la CIE con Qo = 0,07, que corresponde al tipo de pavimento que se considera más usado en Colombia. 9.2.1.1.1 Campo de cálculo para la luminancia El campo de cálculo debe ser típico del área de la vía que le interesa al usuario. En la dirección longitudinal de una vía recta, el campo de cálculo debe quedar entre dos luminarias de la misma fila (véase la Figura 38). La primera luminaria debe estar situada a 60 m delante del observador. En la dirección transversal, se debe considerar el ancho de la calzada en vías sin separador central y el ancho de una calzada en vías con separador central. 60 m Línea sobre la que se situa el observador Borde del área aplicable Dirección de observación Ancho del área aplicable Wr Campo de cálculo Primera luminaria en el campo de cálculo Borde del área aplicable Segunda luminaria en el campo de cálculo Figura 38. Campo de cálculo de la luminancia de la calzada Sin embargo, todo esto está limitado por la aplicabilidad de la Tabla-r. Esta tabla está definida para un observador que ve la vía con un ángulo de observación de 1º, y para una altura del ojo del observador de 1,5 m; esto da como resultado que el punto de observación debe situarse a 86 m delante del observador. Se ha demostrado que la Tabla-r se aplica por encima de un rango de ángulos de visión situados entre 0.5º y 1.5º, lo cual resulta en que dicha tabla es aplicable a puntos que quedan entre 57 y 172 m, aproximadamente (convencionalmente, se toma entre 60 y 160 m), delante del observador. 9.2.1.1.2 Posición de los puntos de cálculo Los puntos de cálculo se deben espaciar uniformemente en el campo de cálculo y situarse como se indica en la Figura 39. 81 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) S 60 m D/2 D=S/N Dirección de observación Línea central del carril WL Bordes del carril d=WL/3 d/2 Campo de cálculo Primera luminaria en el campo de cálculo Primera luminaria en el campo de cálculo Figura 39. Posición de los puntos de cálculo en un carril - en la dirección longitudinal El espaciado (D) en la dirección longitudinal se determina a partir de la ecuación: D=S/N en donde D es el espaciado entre puntos en la dirección longitudinal (m), S es el espaciado entre luminarias en la misma fila (m), N es el número de puntos de cálculo en la dirección longitudinal, escogidos de manera que: para S menor o igual a 30 m, N = 10; para S mayor de 30 m, N es el entero más pequeño para que se obtenga D menor o igual a 3 m. La primera fila transversal de puntos de cálculo se espacia a una distancia D/2 más allá de la primera luminaria (alejada del observador). - en la dirección transversal el espaciado (D) en la dirección transversal se determina a partir de la ecuación: D d = WL / 3 en donde D es el espaciado entre puntos en la dirección transversal (m), y WL es el ancho del carril (m). Los puntos de cálculo más alejados se espacian d/2 desde los bordes del carril. 82 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Cuando se tenga un borde de la vía complicado y se necesite información sobre la luminancia, el número y el espaciado de los puntos de cálculo deberán ser los mismos que para un carril destinado a la conducción. 9.2.1.4 Posición del observador El ángulo de observación desde la horizontal se fija en 1º, tal como se indica en el numeral 9.6.2. En la dirección transversal el observador se sitúa en el centro de cada carril de giro y longitudinalmente a 60 m a partir del primer punto. La luminancia media (Lav) y la uniformidad global de la luminancia (Uo) se calculan para la totalidad de la calzada, para cada posición del observador. La uniformidad longitudinal de la luminancia (UL) se calcula para cada línea central. Los valores de Lav, Uo y UL para las operaciones son los más bajos en cada caso. La Figura 40 proporciona ejemplos de la posición del observador en relación con el campo de cálculo. NOTA Para los cálculos de la luminancia, en algunos países, y para los cálculos de la iluminación de túneles, generalmente, la dirección de observación está siempre en una línea paralela al sentido de marcha de la carretera. Esto significa que el observador tiene que alinearse con cada línea longitudinal de los puntos de cálculo. El resultado de estos cálculos deberá etiquetarse como “observador móvil para los métodos de cálculo de la luminancia”. Carretera de seis carriles con mediana Carretera de tres carriles Distribución de luminarias en un único lado Carretera de tres carriles Distribución de luminarias a ambos lados Carretera de tres carriles Distribución de luminarias alternadas a ambos lados Carretera de dos carriles Distribución de luminarias en un único lado Carretera de dos carriles Distribución de luminarias a ambos lados Carretera de dos carriles Distribución de luminarias alternadas a ambos lados Posición del observador Campo de cálculo Figura 40. Ejemplos de las posiciones de los puntos de observación con relación al campo de cálculo 83 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 9.2.1.1.3 Número de luminarias incluidas en el cálculo Para cada punto de cálculo, todas las luminarias que contribuyen significativamente a la iluminancia deben incluirse en el cálculo. Estas luminarias quedan dentro del área del plano de la Tabla-r, que se aproxima a un rectángulo de dimensiones de 5H por 17H, y por su simetría puede utilizarse para cubrir un área de 10H por 17H (véase la Figura 41). Como consecuencia, sólo es necesario considerar luminarias que se sitúen a una altura comprendida dentro de 5 veces la altura de montaje desde el punto de cálculo hacia el observador, 12 veces la altura de montaje desde el punto de cálculo hacia fuera del observador, y cinco veces la altura de montaje desde el punto de cálculo a cada lado de dicho punto. 5H 12H 5H Dirección de observación 5H Punto de cálculo Límite del área para situar las luminarias Límite del campo de cálculo Figura 41. Luminarias que pueden contribuir a la luminancia en el punto de cálculo 9.2.1.1.4 Cálculo de las características de calidad Las características de calidad relacionadas con la luminancia deben obtenerse a partir de las mallas calculadas de luminancia sin interpolación adicional. La información respecto a la aplicación del factor de mantenimiento, se explica en la definición 3.34 y en el numeral 10.2 de la presente norma. Para la iluminancia media inicial o luminancia media inicial, MF es 1.0, y deben tomarse los valores iniciales del flujo luminoso de la bombilla o de las bombillas de las luminarias. Para la luminancia o iluminancia media tras un periodo estacionario, el MF para la luminaria después del periodo estacionario en las condiciones ambientales de la instalación deberá tomarse conjuntamente con el flujo luminoso en kilolúmenes de la fuente o fuentes de luz de la luminaria tras el periodo estacionario. 9.2.1.1.5 Luminancia promedio Lav La luminancia media se calcula como la media aritmética de las luminancias obtenidas en los puntos de cálculo. 9.2.1.1.6 Uniformidad global 84 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) La uniformidad global se calcula como el cociente entre la luminancia más baja y la luminancia media. 85 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 9.2.1.1.7 Uniformidad longitudinal UL La uniformidad longitudinal se calcula como el cociente entre la luminancia más baja y la más alta en la dirección longitudinal a lo largo de la línea central de cada carril, incluido el borde de carretera, complicado en el caso de autopistas. El número de puntos en la dirección longitudinal (n) y el espaciado entre ellos deben ser los mismos que los utilizados para el cálculo de la luminancia media. La posición del observador debe permitir que esté en línea con la fila de los puntos de cálculo. 9.2.1.2 Método de cálculo de la IES El método de cálculo de la IES emplea la misma fórmula general para el cálculo de luminancia descrita en el numeral 9.1.1.5 A continuación se enumeran las características de este sistema. 9.2.1.2.1 Área de cálculo La zona de cálculo corresponde el área comprendida entre dos luminarias colocadas sobre un mismo lado de la vía. 9.2.1.2.2 Número de puntos En sentido longitudinal, la separación entre puntos debe ser 1/10 del espaciamiento entre luminarias, ó 5 m, y se escoge el menor. El primer punto se coloca a ½ de la distancia entre puntos y se mide a partir de la primera luminaria. En sentido transversal, se ubican 2 puntos por carril de circulación, tomando los 2 puntos extremos de cada carril a ¼ del ancho de éste. 9.2.1.2.3 Posición del observador El método de la IES cambia continuamente la posición del observador: en sentido longitudinal se desplaza de tal manera que siempre está a 83 m respecto al punto considerado; en sentido transversal se desplaza en una línea paralela al eje de la calzada que pasa a través del punto considerado. Respecto a la altura del observador, siempre se considera a 1,45 m respecto a la calzada. Véase la Figura 42. 9.2.1.2.4 Número de luminarias Mínimo una luminaria por detrás del punto de cálculo y por lo menos tres luminarias por delante del punto. 86 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Interdistancia por el mismo costado (ciclo de luminarias) Observador localizado a 83,07 m (0,0) Ref 1 4 de carril Líneas de cálculo Carril Carril 1 4 de carril Campo de medida Figura 42. Posición de los puntos de cálculo de la iluminancia por el método de la IES 9.2.2 Medición de la luminancia 9.2.2.1 Consideraciones generales El procedimiento de medición que se presenta a continuación muestra los aspectos fundamentales que se deben considerar cuando se desee conocer el grado de aproximación de la instalación en condiciones reales frente a las condiciones teóricas de diseño. Para la realización de las mediciones se deben tener en cuenta los aspectos considerados en el numeral (medición de iluminancia 9.1.2). Las mediciones de luminancia sobre la superficie de las vías deben llevarse a cabo en tal forma que puedan realizarse comparaciones con los resultados obtenidos de cálculos de ésta. La tensión de las luminarias, en el momento de la medición, debe mantenerse en su valor nominal; o, alternativamente, debe medirse para aplicar después de un factor de corrección apropiado. 9.2.2.2 Luminancia local Las posiciones de los puntos de medición y la del punto de observación deben cumplir con las especificaciones utilizadas en la metodología de cálculo. Las medidas deben realizarse utilizando un luminancímetro dotado con un ángulo del cono de medición de no mas de 2' verticalmente y entre 2' y 20' horizontalmente. 9.2.2.3 Luminancia promedio La luminancia promedio se calcula a partir de las luminancias puntuales medidas, efectuando el promedio aritmético de los puntos leídos. Alternativamente, puede utilizarse un luminancímetro integrador. En este caso, el campo de medida en dirección transversal debe cubrir la totalidad del ancho de la vía; y en dirección longitudinal debe cubrir una sección desde 60 m a 160 m al frente del observador, o un vano entre luminarias (una interdistancia) que empiece 60 m al frente del observador, lo que en todos los casos es lo más práctico. 87 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 9.2.2.4 Uniformidad general (U0) Es el cociente entre la luminancia mínima del tramo de evaluación y la luminancia promedio de los valores obtenidos en los puntos ubicados en la superficie por evaluar. U0 = LMÍN L en donde LMIN luminancia mínima en el tramo medido L luminancia promedio del campo de medición 9.2.2.5 Uniformidad longitudinal (Ul) Es el cociente entre la luminancia mínima y la luminancia máxima de los valores obtenidos en los puntos ubicados en el eje de cada carril. La Ul de la calzada será la menor de las uniformidades longitudinales calculadas: U Li = LMÍNi LMÁX i en donde UL uniformidad longitudinal de la calzada U Li uniformidad longitudinal del i ésimo carril LMÍN luminancia mínima del i-ésimo carril LMÁX luminancia máxima del i-ésimo carril 9.2.2.6 Análisis de los resultados En caso de existir una diferencia apreciable al comparar los datos de luminancia medidos con los resultados obtenidos mediante los cálculos teóricos, pero con resultados similares en los valores de iluminancias medidas y calculadas, se puede afirmar que las características de reflectancia de la vía son diferentes a las de la Tabla R utilizada en los cálculos. 10. MANTENIMIENTO Y DEPRECIACIÓN DE LAS INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO El propósito de este capítulo es examinar y analizar las diferentes causas de deterioro y depreciación de las instalaciones de iluminación pública, y extraer conclusiones relativas a: - Las características que se deben exigir a los nuevos materiales empleados. - Los métodos de mantenimiento más convenientes para las diferentes categorías de instalaciones. 88 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) La primera parte de este capítulo suministra un panorama de todas las causas permanentes o accidentales que contribuyen progresivamente a perjudicar el desempeño de instalaciones de alumbrado público. Posteriormente, se señalan las medidas preventivas que se deben tomar cuando el sistema está diseñado e instalado para reducir o aminorar el deterioro del material (en postes, faroles, fuentes luminosas y dispositivos auxiliares). En la última parte, se indican todas las operaciones periódicas orientadas a proteger los materiales contra las causas de depreciación, o a recuperar, en la medida de lo posible, el funcionamiento inicial de la instalación. Se analizan los diferentes métodos de mantenimiento y reemplazo de las distintas piezas. 10.1 DEPRECIACIÓN DE LAS INSTALACIONES Las condiciones de conservación o mantenimiento de la instalación de iluminación configuran un factor de gran incidencia en el resultado final de un proyecto de alumbrado público. Todos los elementos que contribuyen a la obtención del nivel de iluminación deseado sobre una vía sufren con el tiempo un cierto grado de depreciación. A manera de ejemplo, podemos describir: - Pérdidas en el flujo luminoso emitido por las bombillas, ya sea por envejecimiento, acumulación de polvo sobre su superficie, efectos de la temperatura, etc. - Pérdida de eficiencia de los reflectores y refractores de las luminarias. - Disminución de la reflexión de las vías por ensuciamiento. De todos estos factores, algunos son controlables por sistemas de mantenimiento y otros no lo son. La IESNA (Illuminating Engineering Society of North America) considera que el factor de mantenimiento de una instalación está determinado por ocho efectos, que se agrupan de la siguiente manera: Efectos ambientales, humedad). como condiciones atmosféricas (temperatura, Variación de la tensión. EFECTOS NO CONTROLABLES Factor de balasto. Depreciación de la luminaria debido al envejecimiento y a la degradación de sus materiales. EFECTOS CONTROLABLES Depreciación de la luminaria por ensuciamiento dentro y fuera del conjunto óptico (FE), la cual consta, a su vez, de: KE: Factor de depreciación externo debido a la acumulación de suciedad por fuera de la luminaria. KI: Factor de depreciación interno debido a la acumulación de suciedad dentro de la luminaria. KP: Factor de depreciación permanente debido al envejecimiento y a la degradación del material en el conjunto óptico. Depreciación por flujo luminoso de la bombilla (DLB). Reemplazo de las bombillas (R). Variación de las características de reflexión de la calzada (FR). 89 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) El análisis de cada uno de estos factores dará como resultado un valor que puede ser: - uno (1), si las condiciones son óptimas; - menor que 1, en la medida en que no lo sean. El producto de estos ocho factores dará como resultado el Factor de mantenimiento de la instalación (FM). 10.1.1 Efectos no controlables 10.1.1.1 Efectos ambientales, como condiciones atmosféricas (temperatura, humedad) Las variaciones en la temperatura de la atmósfera dentro de una luminaria tienen una periodicidad anual que resulta del factor climático y una periodicidad diaria por la alternancia del día y la noche, y del encendido y apagado de la bombilla. Estas desviaciones de la temperatura interior varían en gran medida por la diferencia entre las horas de encendido y apagado con respecto a las horas del día y de la noche, y pueden alcanzar cifras muy altas, algunas veces del 100 °C o más. Las máximas se presentan en las luminarias cerradas en zonas cálidas. Estas diferencias de temperatura presentan las siguientes desventajas: - Los calentamientos excesivos y enfriamientos eventuales deterioran e, incluso, pueden inutilizar rápidamente las partes plásticas, las pinturas y barnices, los aisladores y juntas elásticas. - Pueden ocasionar la destrucción del elemento esencial de la bombilla. - Ocasionan una reducción en el flujo cuando la bombilla funciona a una temperatura demasiado alejada de la óptima. Esta reducción en el rendimiento es particularmente importante en el caso de las bombillas fluorescentes tubulares y las de sodio de alta presión. - La baja presión causada por el enfriamiento que sigue a la extinción, en el caso de luminarias encerradas, puede dar lugar a condensación. Es posible reducir apreciablemente estas diferencias teniendo en cuenta algunas precauciones, dentro de las cuales se encuentran: - En zonas cálidas, utilizar luminarias perfectamente herméticas al agua, cerradas. - En zonas cálidas, utilizar en todas las luminarias equipo auxiliar, conductores eléctricos, aisladores, etc., fabricados con materiales completamente tropicalizados, resistentes al calor excesivo, humedad y moho. - Para fuentes de alta potencia, y en general para todas las fuentes que liberan una gran cantidad de energía térmica, utilizar luminarias que tengan el volumen interior del conjunto óptico y de accesorios eléctricos, lo suficientemente grande, de tal manera que se cumplan los requisitos de la norma NTC 2230 con respecto a las temperaturas máximas admisibles para las diferentes partes de las bombillas y de los accesorios eléctricos 90 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - Para cada categoría de fuente luminosa, utilizar únicamente modelos de luminarias diseñados especialmente para esa categoría y potencia. - Para una luminaria cerrada no sellada, disponer un sistema de evacuación del agua de condensación. 10.1.1.2 Variación de la tensión Una tensión en los terminales de las bombillas, no conforme con la prevista, ocasiona una variación apreciable en el flujo luminoso emitido. La tensión se reduce cuando aumenta la carga en el cable alimentador. La variación de tensión en los terminales de la bombilla depende de la variación de tensión de la fuente de alimentación y de la capacidad de regulación de la tensión que tenga el tipo de balasto utilizado en la luminaria. 10.1.1.3 Factor de balasto El factor de balasto se define como la relación entre el flujo de la bombilla funcionando con el balasto de producción y el flujo luminoso de la misma bombilla funcionando con el balasto de referencia. Factor de balasto = Flujo de la bombilla funcionando con el balasto de producción Flujo de la bombilla funcionando con el balasto de referencia En la Tabla 16 se presenta el valor característico de factor de balasto para diferentes tipos de balasto. Tabla 16. Factor de balasto Factor de balasto 1 0,95 0,97 (*) Característica Para balastos electrónicos con bombillas fluorescentes Para balastos electromagnéticos con bombillas fluorescentes Para balastos electromagnéticos con bombillas alta intensidad de descarga(*) Para bombillas del tipo alta intensidad de descarga se propone la utilización de un factor de balasto de 0,97, pero deberá tenerse en cuenta que éste, aun no se ha definido normativamente. 10.1.1.4 Depreciación de la luminaria debido al envejecimiento y a la degradación de sus materiales La rapidez y severidad de la acumulación de polvo en las fuentes luminosas y luminarias varía considerablemente con el tipo y construcción de la luminaria (abierta o cerrada, sellada o no), la altura de las fuentes y, sobre todo, el grado de humedad y polución de la atmósfera del ambiente, el cual depende, a su vez, de otros factores (volumen y naturaleza del flujo de tráfico, clima, trayectoria del viento, ubicación de la instalación, etc.) que producen un envejecimiento y degradación de todos los materiales que conforman los sistemas de iluminación pública. 91 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 10.1.2 Efectos controlables 10.1.2.1 Depreciación por ensuciamiento (FE) La acumulación de suciedad en el conjunto óptico de las luminarias afecta el rendimiento y, por lo tanto, disminuye los niveles de iluminación de una instalación de alumbrado público. La rapidez y severidad de la acumulación de suciedad varía de acuerdo a las condiciones en el sitio de instalación. 10.1.2.1.1 Categorías de contaminación La clasificación de las diferentes categorías de contaminación se presenta en la Tabla 17. Tabla 17. Clasificación de los niveles de contaminación Nivel de partículas Bajo < 80 µg/m3 Categoría I Ambientes poco polucionados II Ambientes medianamente polucionados III Ambientes muy polucionados y zonas industriales IV Ambientes excesivamente polucionados Observaciones No existen actividades generadoras de polvo o humos en la cercanía, tráfico ligero, generalmente limitado a áreas residenciales o rurales. Medio 80 - 150 µg/m3 Existen actividades generadoras de polvo o humos en la cercanía, tráfico pesado, generalmente limitado a áreas residenciales e industrias ligeras. Alto 150 - 400 µg/m3 Existen actividades generadoras de nubes de polvo o humos en la cercanía, que pueden envolver ocasionalmente las instalaciones. Áreas altamente industriales. Como la categoría anterior, pero las instalaciones están envueltas en humo y polvo. Excesivo > 400 µg/m3 10.1.2.1.2 Período de la limpieza Para eliminar los depósitos de contaminantes, y de acuerdo con los niveles de polución anteriormente descritos, se presentan en la Tabla 18 los períodos recomendados para realizar la limpieza del conjunto óptico de las luminarias. En caso de disponer del plano cartográfico de la ciudad o sector, donde se indiquen las diferentes zonas clasificadas por el grado de contaminación ambiental definidas por las autoridades ambientales, debe ser utilizado con el fin de establecer la frecuencia de los periodos de limpieza de cada sector de la ciudad, dependiendo de los grados de contaminación existentes. Tabla 18. Períodos de limpieza recomendados Categoría Nivel de partículas Período de limpieza (Años) < 80 µg/m3 2 Ambientes medianamente polucionados 80 - 150 µg/m3 2 Ambientes muy polucionados y zonas industriales 150 - 300 µg/m3 1 3 0,5 I Ambientes poco polucionados II III IV Ambientes excesivamente polucionados 300 – 400 µg/m 400 – 600 µg/m3 0,5 > 600 µg/m3 0,25 92 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 10.1.2.1.3 Relación entre el factor de ensuciamiento y el índice de hermeticidad La cantidad de suciedad acumulada depende del grado de hermeticidad del conjunto óptico y del ambiente en el cual se instala la luminaria. En la Tabla 19 se presentan los valores del factor de ensuciamiento según el Índice de Protección (IP) del conjunto óptico de la luminaria y la categoría de contaminación. Tabla 19. Factores de ensuciamiento de las luminarias (E) Hermeticidad IP 2X IP 5X IP 6Xa IP 6Xb Categoría contaminación Período de operación [meses] 12 18 24 36 Alta 0,53 0,48 0,45 0,42 Media 0,62 0,58 0,56 0,53 Baja 0,82 0,80 0,79 0,78 Alta 0,89 0,87 0,84 0,76 Media 0,90 0,88 0,86 0,82 Baja 0,92 0,91 0,90 0,88 Alta 0,91 0,90 0,88 0,83 Media 0,92 0,91 0,89 0,87 Baja 0,93 0,92 0,91 0,90 Alta 0,93 0,91 0,90 0,89 Media 0,94 0,92 0,91 0,91 Baja 0,97 0,96 0,95 0,95 a Cierre del conjunto óptico mediante ganchos u otros elementos que cumplan con esa función b Conjunto óptico completamente sellado De acuerdo con lo anterior, en cuanto mayor sea el IP, más protegido está el conjunto óptico y, en consecuencia, se verá menos afectado por las condiciones ambientales, hecho que incidirá en alcanzar períodos más prolongados de mantenimiento. De esta forma, se justifica instalar luminarias con mayores índices de hermeticidad (desde luego con mayores costos de inversión), que durante la vida útil del proyecto demandarán menores costos (frecuencia) de mantenimiento. 10.1.2.2 Depreciación del flujo luminoso de la bombilla (DLB) En las bombillas de descarga la depreciación se ocasiona frecuentemente por la evaporación de material (sodio, mercurio, etc.) dentro del tubo de descarga y por la acumulación sobre las paredes del mismo, lo cual produce un oscurecimiento gradual. Otra causa posible es la reducción de transmitancia del tubo de descarga y/o del bulbo de vidrio exterior. La influencia de la depreciación en la frecuencia de sustitución de bombillas debe ser considerada si se desean mantener ciertas condiciones mínimas de iluminación durante la vida útil de la instalación. Según el tipo de bombilla, se puede estimar la reducción del flujo luminoso por depreciación a partir de lo establecido en la Tabla 20 93 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla 20. Reducción del flujo luminoso por depreciación Depreciación (porcentaje por cada 1 000 h de operación) Tipo de fuente Mercurio alta intensidad de descarga 1,15 Sodio alta intensidad de descarga 1 En la Tabla 21 se presenta el modelo de reducción del flujo, a través de los valores propuestos anteriormente: Tabla 21. Porcentaje de flujo luminoso existente al cabo de un periodo de utilización Tiempo de uso [Horas] Bombillas alta intensidad de descarga Mercurio Sodio 100 100 100 1 000 98,85 99 4 000 95,40 96 8 000 90,80 92 12 000 86,20 88 16 000 81,60 84 20 000 77 80 24 000 72,40 76 Actualmente los fabricantes de bombillas proveen información de reducción de flujo luminoso para distintos tipos y potencias, obtenidos bajo condiciones de funcionamiento controladas. Cabe destacar que, en la práctica, las condiciones reales de operación pueden desviarse de las de ensayo, alterando las características de funcionamiento; por ejemplo: a mayor tensión de la nominal las bombillas producen mayor flujo luminoso, y a mayores ciclos de encendido, mayor duración. A continuación se presenta un ejemplo de cómo hallar el valor de depreciación lumínica de una bombilla de vapor de sodio 70 W, alta intensidad de descarga, la cual posee un flujo inicial de 6 500 lúmenes: 1) Tiempo de uso 2 años 2) Uso por año 12 3) Horas de operación 4 380 4) Flujo inicial 6 500 lúmenes 5) Depreciación 6 500 Lúmenes x ( 100 − Horas Día Horas x 365 = 4 380 Día Año Año Horas x 2 Años = 8 760 h Día 6 500 Lúmenes x ( 8 760 h )x% 1 000 h 91,24 % ) = 5 930,6 Lúmenes 1 00 % Donde el flujo de la bombilla a los dos años de uso es 5 930,6 lúmenes. 94 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 10.1.2.3 Reemplazo de las bombillas (R) Ya que por diversas circunstancias, siempre, algunas bombillas terminan su vida antes de lo esperado, y dado que existen necesidades de optimizar el mantenimiento de las instalaciones de alumbrado público, se debe considerar la vida económica de las bombillas, para poder establecer un cronograma de reemplazo. La vida económica de una bombilla es el período de tiempo, expresado en horas, que transcurre hasta cuando la relación entre el costo de reposición y el costo de los lúmenes hora que sigue produciendo la fuente no es económicamente favorable. La vida económica depende, por consiguiente, del costo de las fuentes luminosas, del costo de la mano de obra para el cambio, y del costo de la energía. El periodo de mantenimiento, para cambio en grupo de las bombillas de sodio se verifica de acuerdo con lo establecido en las Tablas 22 y 23 . Tabla 22. Flujo luminoso existente al cabo de un periodo de utilización Horas/año (de servicio) % de reducción del flujo luminoso - 100 1 Años Bombillas de sodio alta intensidad de descarga 70 W 150 W 250 W 400 W 100 6 500 17 500 33 000 55 000 4 380 95,62 6 215,3 16 733,5 31 554,6 52 591 2 8 760 91,24 5 930,6 15 967 30 109,2 50 182 3 13 140 86,86 5 645,9 15 200,5 28 663,8 47 773 4 17 520 82,48 5 361,2 14 434 27 218,4 45 364 5 21 900 78,1 5 076,5 13 667,5 25 773 42 955 5,4 24 000 76 4 940 13 300 25 080 41 800 Tabla 23. Eficacia [Lm/W] al cabo de un periodo de utilización Años Horas/Año (de servicio) % de reducción del flujo luminoso Bombillas de sodio alta intensidad de descarga 70 W 150 W 250 W 400 W - 100 100 92,86 116,67 132,00 137,50 1 4380 95,62 88,79 111,56 126,22 131,48 2 8760 91,24 84,72 106,45 120,44 125,46 3 13140 86,86 80,66 101,34 114,66 119,43 4 17520 82,48 76,59 96,23 108,87 113,41 5 21900 78,1 72,52 91,12 103,09 107,39 5,4 24000 76 70,57 88,67 100,32 104,50 Con los datos producidos, se obtiene que el factor de reemplazo teórico es proporcional al factor de reducción del flujo luminoso, ya que la eficacia determina la vida económica de la bombilla estableciendo los periodos de reemplazo; éstos periodos los implantan los encargados de planear, supervisar y controlar el servicio de alumbrado público. 95 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Pero, como el factor de reemplazo se afecta directamente por las curvas de supervivencia de las bombillas, y como esto requiere de estadísticas de operación entre cambios masivos (por ejemplo, por muestreo de los tipos de fallas, por muestreo de ocurrencia de las fallas y por curvas de registros históricos de las empresas operadoras del mantenimiento, entre otras), resulta conveniente no considerar este factor hasta que se realicen experiencias de cambios masivos y se obtengan datos confiables de las instalaciones. 10.1.2.4 Variación de las características de reflexión de la calzada (FR) Se tiene conocimiento de que las propiedades de reflexión de la superficie de la calzada cambian paulatinamente con el uso después de la puesta en servicio de la instalación. Este cambio, que no es constante a lo largo de toda la superficie, es significativo en los inicios del uso de la calzada, y después decae. El cambio de las propiedades de reflexión se produce por: - acumulación de suciedad y polvo atmosférico, - diferencia de carga de los vehículos, - paso vehicular entre carriles en las calzadas, - flujo vehicular, - otras condiciones atmosféricas (temperatura, humedad, etc.), - calidad de los materiales. Resulta conveniente no considerar este factor, hasta que, en las ciudades, se tenga un buen conocimiento de las superficies de las calzadas, lo cual se lograría a través de medidas sobre las calzadas de las vías. 10.2 FACTOR DE MANTENIMIENTO 10.2.1 Factor de mantenimiento para mediciones La depreciación total del rendimiento inicial (Factor de Mantenimiento), viene dado por: FM = E NC × FE × DLB × R × FR en donde FM es el factor de mantenimiento ENC son los efectos no controlables FE Depreciación de la luminaria por ensuciamiento DLB Depreciación por flujo luminoso de la bombilla R Reemplazo de la bombilla FR Variación de las características de reflexión Si embargo, los siguientes elementos se encuentran en estudio, por lo que no son considerados en ésta norma: 96 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - Factores por efectos no controlables (ENC), excepto el factor de balasto (FB). - Factores por variación de las características de reflexión de las calzadas (FR). - Factores de reemplazo de las bombillas. Por tal razón, la formulación del factor de mantenimiento queda de la siguiente manera: FM = FE × DLB × FB * 10.2.2 Factor de mantenimiento para el diseño de alumbrado público La depreciación de las instalaciones de alumbrado público implica la recopilación y el análisis de la información que permitan determinar los ocho (8) factores que lo componen. Para efectos de realizar el cálculo del factor de mantenimiento para el diseño de las instalaciones de alumbrado público, se deben tener en cuenta los siguientes parámetros: el factor de ensuciamiento (para lo cual se debe tener en cuenta la categoría de contaminación del sitio de la instalación, el período de limpieza del conjunto óptico de los equipos definido por cada municipio y el índice de hermeticidad de las luminarias a instalar) y la depreciación del flujo luminoso de la bombilla. El Factor de Mantenimiento viene dado por: FM = FE × DLB en donde FM es el factor de mantenimiento FE es el factor de ensuciamiento (Tabla 19) DLB es la depreciación por flujo luminoso de la bombilla (%) (Tabla 22) EJEMPLOS TEÓRICOS ILUSTRATIVOS DE APLICACIÓN DEL FACTOR DE MANTENIMIENTO A continuación se presentan dos casos calculados teóricamente, para los cuales se han tenido en cuenta algunos parámetros de entrada que deben ser predeterminados o verificados para cada caso particular por el consultor o el diseñador del sistema de alumbrado público, como por ejemplo el nivel de contaminación del sitio donde se realizará la instalación (categorizado por la autoridad ambiental competente o en las Tablas 17, 18 o 19), las dimensiones de las áreas a iluminar, los materiales con los cuales están o serán acabadas las superficies y las restricciones de la instalación. Adicionalmente, se deben acoger los parámetros fotométricos a cumplir como mínimo definidos en la presente norma (niveles de iluminancia o luminancia mantenidos, coeficientes de uniformidad general, control de deslumbramiento, etc.) y de otro lado, el municipio puede establecer períodos de limpieza del conjunto óptico de las luminarias recomendados en la presente norma (Tablas 17,18 y 19) que a su vez deben tenerse en cuenta para determinar la depreciación del flujo luminoso de la bombilla (Tabla 22). 97 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Variables como la altura de montaje de las luminarias, el grado de inclinación del conjunto óptico de la luminaria, el reglaje del portabombilla, la longitud y el grado de inclinación del brazo y la interdistancia de los postes, deben ser de manejo libre para los diseñadores del sistema de iluminación, teniendo en cuenta las dimensiones de los elementos normalizados en cada zona del país, especialmente en lo que se refiere a brazos y postes. En lo que respecta al índice de hermeticidad (IP) de las luminarias, debe evaluarse el costo-beneficio antes de decidir el más adecuado para cada caso. Para los presentes casos ilustrativos teóricos, se predeterminaron todos los parámetros y se calculó el factor de mantenimiento de entrada para cada caso, tomando equipos de iluminación con diferentes índices de hermeticidad sin modificar las variables restantes. Bajo éstos supuestos se estimaron las diferentes interdistancias, las cuales son indicativas, puesto que su determinación debe efectuarse con software especializado y depende de la fotometría propia de cada luminaria a utilizar. A continuación se muestran los datos de entrada y los resultados obtenidos: CASO 1 Características y requerimientos técnicos para iluminar 1 km de vía urbana Descripción Nivel de luminancia media mantenida en la calzada Uniformidad General (Uo) en calzada Control de deslumbramiento (T.I.) Ancho de calzada Ancho de andenes Nivel de iluminancia en andenes Uniformidad General (Uo) en andenes Uso residencial (Vía tipo M5) Ambiente medianamente polucionado (Categoría II) Altura de montaje de la luminaria Avance de la luminaria Inclinación del brazo-luminaria Superficie en asfalto Fuente luminosa de sodio Flujo luminoso de la bombilla 98 Valor/Unidad 0.5 Cd/m2 >= 40 % <= 15 % 7m 2m >= 3 luxes >= 33 % 80-150 µg/m3 8.4 m 1m 5º R3, Qo = 0.07 70 W 6 500 lúmenes NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) IP 2X IP 5X IP 6X** media media media 24 24 24 0,56 0,86 0,89 8760 8760 8760 91,24 91,24 91,24 Factor de Mantenimiento: Factor de ensuciamiento por el Porcentaje de reducción del flujo luminoso 0,51 0,78 0,81 IP 6X*** media 24 0,91 8760 91,24 0,83 Índice de hermeticidad de la luminaria (Tabla 19) Categoría de Período Factor de Horas de contamioperación ensuciaservicio a nación (limpieza) en miento los 24 meses (Tablas meses (Tabla 22) (Tabla 19) 17,18 y (Tabla 19) 19) % de reducción de flujo luminoso (Tabla 22) Interdistancia de luminarias (m)* 23 39 40 41 (*) Las interdistancias mostradas son únicamente de tipo ilustrativo y dependen en gran medida de la fotometría propia de cada luminaria. Para cada caso particular se deben realizar los cálculos fotométricos correspondientes, teniendo en cuenta todas las variables involucradas antes mencionadas. (**) Cierre del conjunto óptico mediante ganchos u otros elementos que cumplan con esa función. (***) Conjunto óptico completamente sellado. Para el kilómetro típico, a manera de ejemplo, Se tomó como punto de referencia las interdistancias determinadas en el Caso 1, obteniendo los siguientes datos para una instalación con 24 meses de servicio: Índice de hermeticidad de la luminaria Factor de mantenimiento IP 6X IP 6X IP 5X IP 2X 0,83 0,81 0,78 0,51 Interdistancia (m) 41 40 39 23 Nº de luminarias por kilómetro 24 25 26 43 Porcentaje (%) de unidades con relación a la mayor hermeticidad (IP 66 y a la mayor interdistancia) 100 104 108 179 CASO 2 Características y requerimientos técnicos para iluminar 1 km de vía urbana Descripción Nivel de luminancia media mantenida en la calzada Uniformidad General (Uo) en calzada Uniformidad Longitudinal (Ul) en calzada Control de deslumbramiento (T.I.) Ancho de calzada Ancho de andenes Nivel de iluminancia en andenes Uniformidad General (Uo) en andenes Uso comercial (Vía tipo M2) Ambiente altamente polucionado (Categoría III) Altura de montaje de la luminaria Avance de la luminaria Inclinación conjunto brazo-luminaria Superficie en asfalto Fuente luminosa de sodio Flujo luminoso de la bombilla 99 Valor/Unidad 1.5 Cd/m2 >= 40 % >= 50 % <= 10 % 10.5 m 3m >= 11 luxes >= 33 % 150-400 µg/m3 10 m 1m 5º R3, Qo = 0.07 250 W 33000 lúmenes NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) IP 2X IP 5X IP 6X** alta alta alta 12 12 12 0,53 0,89 0,91 4380 4380 4380 95.62 95.62 95.62 Factor de Mantenimiento: Factor de ensuciamiento por el Porcentaje de reducción del flujo luminoso 0,51 0,85 0,87 IP 6X*** alta 12 0,93 4380 95.62 0,89 Índice de hermeticidad de la luminaria (Tabla 19) Categoría de Período Factor de contamioperación ensucia(limpieza) en nación miento (Tablas meses (Tabla 19) 17,18 y (Tabla 19) 19) Horas de servicio a los 12 meses (Tabla 22) % de reducción de flujo luminoso (Tabla 22) Interdistancia de luminaria s (m)* 20 31 33 34 (*) Las interdistancias mostradas son únicamente de tipo ilustrativo y dependen en gran medida de la fotometría propia de cada luminaria. Para cada caso particular se deben realizar los cálculos fotométricos correspondientes, teniendo en cuenta todas las variables involucradas antes mencionadas. (**) Cierre del conjunto óptico mediante ganchos u otros elementos que cumplan con esa función. (***) Conjunto óptico completamente sellado. Para el kilómetro típico, a manera de ejemplo, se tomó como punto de referencia las interdistancias determinadas en el Caso 2, obteniendo los siguientes datos para una instalación con periodos de limpieza de cada12 meses de servicio: Índice de hermeticidad de la luminaria IP 6X IP 6X IP 5X IP 2X Factor de mantenimiento Interdistancia (m) Nº de luminarias por kilómetro 0,89 0,87 0,85 0,51 34 33 31 20 23 25 27 37 Porcentaje (%) de unidades con relación a la mayor hermeticidad (IP 66 y a la mayor interdistancia) 100 103 110 172 El hecho de utilizar luminarias con bajos índices de hermeticidad, implica un aumento en los costos iniciales debido al incremento de infraestructura (postes, luminarias, brazos, conductores, cámaras de inspección en el caso de redes subterráneas), de operación (requerimiento de mayor potencia eléctrica) y de mantenimiento (mayor cantidad de infraestructura para sostenimiento a menor periodicidad y mayor cantidad de infraestructura para reposición futura). Cada municipio, como responsable de la prestación del servicio de alumbrado público, debe realizar la evaluación técnica, económica y financiera de diferentes propuestas de diseño en cada proyecto, para seleccionar la alternativa más favorable. 10.3 MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES Debido a la rapidez con la que se degradan el estado y eficiencia de las instalaciones, cuando no reciben mantenimiento –por razones económicas y de seguridad– es esencial llevar a cabo inspecciones y mantenimiento a todos los elementos de la instalación, a intervalos regulares. 100 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) En razón de los costos crecientes de la mano de obra y los desplazamientos de los carros de mantenimiento, cada vez se hace más necesario agrupar las operaciones de inspección, mantenimiento, limpieza y reemplazo, mediante mantenimientos sistemáticos, y reducir a un mínimo el mantenimiento fuera del programa. Otra consecuencia de los altos costos de los mantenimientos por solicitud es la necesidad de seleccionar cuidadosamente todos los materiales utilizados y efectuarles ensayos exactos para: - resistencia mecánica de todas las partes, - resistencia de todos los ensambles, - protección contra corrosión, - grado de hermeticidad en las luminarias, - calidad de los aisladores, pinturas y barnices. Todas estas precauciones permitirán, si lo demás permanece igual, una separación mayor entre los mantenimientos y una vida útil más prolongada para el material. Naturalmente, la frecuencia de los mantenimientos depende en gran medida de: - el tipo de instalación (urbana, rural o para autopista), - para instalaciones urbanas, la importancia del área urbanizada y el carácter y clase de vía - el clima y el grado de polución de la atmósfera. Todo lo que sigue se basa en la suposición de que el ciclo anual de operación de la instalación es el mismo para todas las bombillas, y que este ciclo está basado en 4 000 h - 4 200 h por año. De lo anteriormente dicho, se deduce que resulta imposible indicar, en una recomendación general, los datos precisos concernientes a las frecuencias para las diferentes operaciones de mantenimiento. Éstas se deben calcular para cada caso particular, con base en datos reales. No obstante, se presentan algunas cifras en los párrafos siguientes; las cuales no se deben considerar como valores absolutos, sino a manera de ejemplo. 10.3.1 Criterios de eficiencia energética en el mantenimiento Todo mantenimiento se justifica, en general, por los condicionantes generales de degradación de la instalación, como consecuencia del paso del tiempo; pero en el caso de un alumbrado, hay que considerar además, los efectos de: - depreciación y mortalidad de las fuentes de luz, - depreciación por suciedad de las luminarias. 101 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Energía consumida Pérdida inevitable Energía y flujo recuperado A Flujo eficaz sin mantenimiento 1 2 3 4 años Figura 43. Curva de depreciación del sistema óptico-cierre de las luminarias En la Figura 43 se representan en abscisas los años transcurridos desde que se inauguró la instalación de alumbrado público, y en las ordenadas la energía consumida y utilizada. Se puede observar la importancia del mantenimiento preventivo en lo relativo a la energía recuperada por el efecto de la limpieza y del cambio de bombilla, así como la existencia de una depreciación mínima del sistema óptico – cierre de la luminaria, que resulta inevitable. Sin que varíe la energía acumulada, la curva A representa la energía útil de la instalación de alumbradobilla; así se puede observar la gran cantidad de energía desperdiciada debido a un mantenimiento deficiente. Ahora bien, las elevadas inversiones que hoy requieren los mantenimientos y la necesidad de dar un buen empleo a los recursos, hace preciso considerar, además, la gestión y realización del mantenimiento y de las instalaciones de alumbrado en general por: - Su incidencia en el consumo energético. Si la luminaria está sucia o la fuente de luz es inadecuada, se estará pagando un consumo eléctrico que no se traduce en energía luminosa sobre la superficie de la tarea. - La necesidad de que las instalaciones funcionen durante el mayor tiempo posible al máximo posible de sus capacidades. De otra manera se estará dando un mal servicio sin obtenerse la rentabilidad prevista de las instalaciones. - Posibilidad de amortización de la inversión en periodos de tiempos asequibles. Se hace imprescindible una gestión del mantenimiento adecuada para todos los alumbrados, por razones de seguridad y confort. Pero es necesario conservarlos de una manera adecuada para asegurar los máximos períodos de amortización. 102 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA - NTC 900 (Tercera actualización) Punto óptimo. Los planes de mantenimiento que es posible definir pueden ser muy variables, tanto cuantitativamente como cualitativamente; por esta razón, se define el punto óptimo de mantenimiento como aquel en el que “el valor del incremento de las prestaciones obtenidas es igual al incremento del costo necesario para su obtención”. 10.3.1.1 Gestión del mantenimiento En el sistema de gestión del mantenimiento se debe disponer de un sistema de detección de averías y de reparación de éstas. Con el fin de facilitar la detección de averías, se centraliza la información en un ente o persona que coordine los datos recibidos y se responsabilice de la reparación de la avería de acuerdo al sistema previsto en la gestión del mantenimiento. 10.3.1.2 Control de instalaciones El control de las instalaciones del alumbrado se puede realizar mediante fichas numeradas, libro de registro o medios informáticos. La aplicación de la informática y la electrónica al control de las instalaciones, mediante un sistema de mando y control centralizado con ordenadores, se está imponiendo en el mundo y es una de las tendencias que se recomiendan, ya que es la forma de conocer en tiempo real los siguientes datos: - circuitos y cuadros fuera de control, - bombillas fuera de servicio en tiempo real, - consumo energético, - tiempos exactos de encendido y apagado de los puntos de luz Esto permite a los responsables técnicos tomar decisiones en cuanto a: - la seguridad y confort, - la operativa del mantenimiento, - la gestión del consumo de energía., El control mediante un medio sistematizado de la conservación y mantenimiento de una red eléctrica, en general, y de alumbrado, en particular, no solamente es capaz de actuar sobre la información recibida, acerca de los equipos instalados; además, actuará sobre los equipos del sistema integrado correspondiente, tales como sensores, medios de transmisión, unidades de cálculo, etc., que se empleen para interconectar los elementos por controlar, con el objeto de conseguir una optimización de los resultados de la utilización. Los objetivos fundamentales que deben cubrirse en el caso de alumbrado son: - mando y control centralizado a voluntad de toda la red de alumbrado; - comprobación y diagnóstico remoto de la operativa que se ejecuta, con chequeo secuencial programado o a voluntad del operador; 103 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - medida y valoración de la energía activa y reactiva consumida, incluso con discriminación horaria y factor de potencia; - medidas y verificación eléctrica de la red con registro de datos; - recopilación de una base de datos de la historia de la red, averías, adecuaciones, datos de inspección, informes, etc. - procesamiento estadístico y almacenamiento diario de todos los parámetros de la instalación en los que interviene la operativa de conservación con avisos de alarma, órdenes programadas, etc., incluso información sobre ahorro energético. - conseguir importantes ahorros energéticos, como consecuencia de la aplicación de programas de control del factor de potencia; y, en el caso del alumbrado exterior, con reducción de flujo a media noche; ajustar el horario de encendido y apagado en función de la luz solar, etc. 10.3.2 Clasificación de los trabajos de conservación Los trabajos de conservación por realizar en las instalaciones de alumbrado se clasifican en: mantenimientos preventivos y mantenimientos correctivos. Por trabajos de conservación preventiva se entiende los concernientes a: - reemplazo masivo de bombillas con un nivel de iluminación por debajo de lo establecido, - operaciones de limpieza de luminarias y soportes y pintura de estos, - trabajos de inspección y mediciones eléctricas. Por trabajos de conservación correctiva se entienden los de: - renovación, modificación o mejoras de instalaciones, - reparaciones que sea necesario o conveniente realizar, - sustitución de bombillas fundidas y elementos de la instalación fuera de uso. 10.3.2.1 Mantenimiento preventivo Las operaciones de mantenimiento preventivo consisten en: a) Reemplazos masivos de bombillas con un flujo luminoso por debajo de lo establecido, es decir, menor al 70 % del flujo luminoso nominal. - La reposición programada de bombillas tiene por objeto el uso racional de la energía y mantener las instalaciones de alumbrado dentro del nivel proyectado. Se efectúa de acuerdo con los programas de reposición que se establezcan en función de la vida útil de las bombillas. - Las bombillas que se retiren deben ser entregadas al responsable técnico de la instalación, quien debe elegir aquellas que desee estudiar con el fin de 104 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA determinar si existen envejecimiento. - NTC 900 (Tercera actualización) causas anormales que provoquen su rápido Si el flujo emitido por un número significativo de las bombillas retiradas, en la reposición en grupo, fuese inferior al previsto, se debe evaluar la continuidad de uso del tipo de bombilla, la marca o la referencia por medio de tres mediciones consecutivas. Además del criterio de vida útil establecido como condición mínima para adelantar el cambio de bombillas en los trabajos de mantenimiento de alumbrado público, existen criterios de vida económica de la bombilla dentro de las prácticas de buen mantenimiento, los cuales se aplican de acuerdo con los resultados del estudio de la vida económica y donde establece que las bombillas deben ser cambiadas, en algunos casos, antes de cumplir su vida útil. O también existe el concepto de vida económica de la instalación, que depende del tipo de luminaria, grado de contaminación del sitio de instalación y los resultados del análisis económico donde se contemple la depreciación de la bombilla, el factor de mantenimiento de la luminaria, el valor de la bombilla, el consumo de energía y valor de la mano de obra para la limpieza del conjunto óptico de la luminaria y el cambio de la bombilla. b) c) Operaciones de limpieza de luminarias y soportes - La limpieza de luminarias y soportes se debe efectuar de forma programada y se debe realizar con la frecuencia previamente establecida, teniendo en cuenta el grado de hermeticidad de la luminaria y el grado de contaminación de su sitio de instalación - La limpieza de luminarias se debe realizar tanto interior como exteriormente, con una metodología que permita que tras ésta se alcance un rendimiento mínimo del 80 % inicial. Se podrá comprobar este rendimiento efectuando, en su caso, una medición de la iluminancia tras la ejecución de la correspondiente limpieza. - Al mismo tiempo que se hace limpieza, se debe efectuar una inspección visual del sistema óptico y del estado de todos los componentes de la luminaria. Trabajos de inspección y mediciones eléctricas Estos trabajos son parte de las operaciones de mantenimiento preventivo de las instalaciones. 10.3.2.2 Mantenimiento correctivo El mantenimiento correctivo consiste en localizar, reparar y adecuar las instalaciones para que funcionen el máximo número de horas posible, con el desempeño para el que fueron diseñadas. Las actividades que componen este mantenimiento son: - localización y reparación de averías, - adecuación de instalaciones, - detección de averías. 105 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Dentro de los programas de detección de averías se debe contemplar la medición de la tensión mediante la instalación de registradores de tensión, en las cabeceras y finales de circuito de alumbrado, para verificar el rango de variación de los valores de tensión en las diferentes horas de funcionamiento del servicio de alumbrado y su comparación con las condiciones normales de funcionamiento de las bombillas. Independiente de la normatividad que exista para las tensiones de servicio domiciliario (véase la NTC 1330), se debe contemplar las tensiones a las cuales funcionan lo equipos de alumbrado público. 10.3.3 Consideraciones generales para la realización del mantenimiento Para la ejecución del mantenimiento es importante tener en consideración los siguientes aspectos, principalmente en lo que tiene que ver con bombillas, luminarias. - Reemplazar las bombillas y, en donde sea necesario, los equipos auxiliares y cerciorarse que el casquillo de la bombilla está perfectamente adaptado al portabombilla (por ejemplo, evitando la confusión entre los portabombilla E 39 y E 40). - Revisar el encendido y apagado y el correcto funcionamiento del dispositivo de encendido para alumbrado público, al igual que las señales de tránsito (enlaces y cruces peatonales); detectar fallas eléctricas y daño accidental. - Limpiar las bombillas y sistemas ópticos. En la mayoría de los casos, estos últimos se limpian mejor en el taller. - Realizar el mantenimiento mecánico y eléctrico (accesorios de alumbrado y sistema de distribución). - Pintar periódicamente. - Podar los árboles, para despejar el cono de intensidad máxima de cada luminaria. 10.3.3.1 Reemplazo de bombilla y limpieza de la luminaria Debido a la congestión del tráfico más o menos permanente en un gran número de vías, por una parte, y a la larga vida de las bombillas de descarga, por otra, cada vez hay más interés en la eliminación de mantenimientos para localizar bombillas dañadas, y en hacer un reemplazo en grupo de todas las bombillas en la misma ruta o sector después de un número de horas de encendido suficientemente menor que la duración promedio, para asegurar un porcentaje bajo de bombillas dañadas. El reemplazo de bombillas en grupo constituye el método más económico y práctico, ya que se puede realizar de día y, de esta manera, se minimiza la exposición del personal a los peligros que implica el tráfico nocturno y se ahorran incomodidades al vecindario con el ruido de máquinas, trinquetes de las escaleras, etc. De igual manera, es mejor desde el punto de vista de seguridad, ya que no es necesario trabajar con los conductores energizados. En este caso, al finalizar las 100 h de encendido, se recomienda hacer un rastreo para ubicar las bombillas que han fallado poco después de haber sido puestas en servicio. Se pueden aprovechar las ocasiones en que se realizan reemplazos en grupo, para realizar todo el mantenimiento de las funciones de la bombilla y la luminaria, es decir: 106 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) - limpieza de la bombilla, - enfoque correcto de la bombilla, - limpieza de la luminaria, y particularmente del sistema óptico, - revisión del equipo auxiliar, - revisión de las partes mecánicas de la luminaria. La información relativa al número óptimo de horas de funcionamiento de cada bombilla al final de las cuales se deben reemplazar, se puede obtener con el fabricante. No obstante lo anterior, desde ningún punto de vista debe descartarse el mantenimiento correctivo puntual en horarios diurnos o nocturnos, para garantizar la confiabilidad y calidad del servicio de alumbrado público. 10.3.3.1.1 Reemplazo en grupo Para determinar desde un punto de vista económico el número óptimo de horas de encendido de una instalación después de las cuales se debe realizar el reemplazo de bombillas en grupo, se debe investigar para qué tiempo de funcionamiento entre dos reemplazos en grupo es más económico el alumbrado producido (en horas-lumen). El costo total de un lumen-hora lo componen los cuatro elementos siguientes: 1) El costo de la energía. 2) El costo de un reemplazo en grupo más las operaciones de limpieza y revisión llevadas a cabo con ocasión de éste (limpieza y enfoque de la bombilla, limpieza del sistema óptico de la luminaria, revisión del equipo auxiliar y de las partes mecánicas de la luminaria). 3) El costo de las operaciones de limpieza suplementarias realizadas eventualmente entre dos reemplazos 4) El costo del reemplazo de las bombillas que han fallado durante el intervalo. El costo de la energía consumida durante estas horas T será: en donde c el costo de un kWh p la potencia de una bombilla, incluyendo la potencia utilizada en el equipo auxiliar, y las pérdidas en la línea, por luminaria (todo expresado en vatios). N el número de luminaria en la instalación. T el número de horas de encendido de la instalación entre dos reemplazos 107 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) La cantidad de luz emitida por la instalación completa entre dos reemplazos, es: N qa .v (T) * T lúmenes donde qav (T) es el flujo promedio en lúmenes emitido por una bombilla durante este tiempo T El costo total de un reemplazo para la instalación completa será de: Rs * N donde Rs es el costo total de un reemplazo en grupo y de las operaciones hechas con motivo de este reemplazo, por luminaria (incluido el costo de la mano de obra, herramientas y la bombilla). Si entre dos reemplazos se realizan n limpiezas, su costo será de: n*P*N donde P es el costo de la limpieza de una luminaria. El costo de los reemplazos ocasionales hechos durante este período será: donde Rocc es el costo por bombilla de un reemplazo ocasional, que incluye: - el costo de la mano de obra, - el costo de las herramientas, - el costo de la selección, entre las bombillas que fueron retiradas durante el reemplazo anterior, una bombilla cuyo flujo residual esté por encima del porcentaje del flujo inicial. p(T) es el porcentaje de bombillas que fallan durante el período T. y donde El costo total de los gastos de energía, de reemplazo de las bombillas y de la limpieza de los sistemas ópticos, etc., para un período de T horas de funcionamiento de la instalación, es: NOTA Se debe resaltar que la función p (T) no coincide con la curva de mortalidad de la bombilla en cuestión. En efecto, la curva de mortalidad indica el número de bombillas que falla dentro de un lote de 100 bombillas. El número de bombillas en ese lote se reduce de esta manera en la misma cantidad. De otra parte, la función p (T) indica el número de bombillas que fallan en un lote cuyo total se mantiene constante, ya que las bombillas dañadas se reemplazan, apenas fallan, por otras que se encuentran aún en funcionamiento. De hecho, esta función p (T) se puede determinar sólo experimentalmente, en instalaciones lo suficientemente grandes. 108 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) El número de limpiezas suplementarias realizadas entre dos reemplazos en grupo varía con el grado de polución de la atmósfera y la longitud del período. La frecuencia de las limpiezas varía generalmente entre 6 meses y 18 meses. Por lo tanto, es imposible recomendar una frecuencia de reemplazo apropiada para cada caso, y que dependa únicamente de la naturaleza y potencia de las bombillas. Una de las ventajas importantes del cambio en grupo de bombillas es que permite determinar con relativa facilidad la mortandad prematura de las bombillas: por deficiencias en su fabricación, por mala calidad de la luminaria considerando tanto el conjunto óptico como el conjunto eléctrico y dentro de este último su balasto y su arrancador, así como las deficiencias de las redes eléctricas de alimentación. Con los datos obtenidos en terreno se pueden tomar medidas correctivas que minimicen los gastos de mantenimiento. Puede darse el caso de balastos que por deficiencias en su diseño presentan un alto factor de cresta en la corriente suministrada a la bombilla, lo cual disminuye su vida útil, convirtiéndose en balastos “mata bombillas”. También puede darse el caso de luminarias con conjunto óptico mal diseñado, donde por la forma del reflector o su escaso volumen interior se puede aumentar la tensión de arco de la bombilla y por consiguiente disminuir su vida Es así como el cambio de bombillas en grupo permite hacer un mejor control de los materiales y hacer un mantenimiento más técnico, donde se incluya orientación de la luminaria y la limpieza de su conjunto óptico, despeje en lo que tiene que ver con poda de árboles y retiro de pancartas y festones de los postes de alumbrado público. Por cualquier circunstancia siempre algunas bombillas terminan su vida antes de lo esperado; por ello hay necesidad de complementar el cambio en grupo con el mantenimiento correctivo, que debe efectuarse con cuadrillas especializadas. Teniendo en cuenta que en este caso el mantenimiento correctivo obedece a circunstancias especiales se requiere de un seguimiento y análisis minucioso de sus causas. Para este mantenimiento correctivo se recomienda utilizar como alternativa aquellas bombillas retiradas del cambio en grupo, que al medirles el flujo luminoso se determina que todavía tienen vida útil (un flujo luminoso superior al 70 % del flujo nominal). El método de medición para estimar el flujo luminoso será acordado entre el operador y el cliente. La diferencia entre la vida económica y vida útil de la bombilla se acentúa en bombillas de mayor potencia: 250 vatios, 400 vatios y 1 000 vatios, utilizadas en las avenidas, donde a medida que aumenta la depreciación de la bombilla y el factor de mantenimiento de la luminaria se incrementa significativamente el valor de las pérdidas de energía, comparado con el costo de la mano de obra y el valor de la bombilla nueva. Las diferencias considerables existentes entre las proporciones ideales tienen su origen (para un tipo dado de bombillas) en los siguientes factores: a) El costo de la energía. En los países donde la energía es barata, generalmente se aplican períodos T largos y se aceptan numerosos reemplazos individuales de las bombillas que fallan, entre dos reemplazos en grupo. b) La disminución en el nivel aceptable de la instalación, en comparación con la inicial. Esta disminución varía no solamente con las categorías de las calles, sino también con los diferentes países. 109 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA c) d) NTC 900 (Tercera actualización) El porcentaje tolerado de bombillas que no encienden. El intervalo aceptable entre dos reemplazos en grupo desde luego será mucho mayor, ya que uno es más tolerante para los literales b) y c). El origen de las bombillas. De acuerdo con la fuente, la curva de mortalidad de un tipo dado de bombilla puede variar significativamente, y lo mismo la curva de depreciación del flujo. Por lo tanto, se debe acudir al fabricante de la bombilla antes de calcular el intervalo óptimo T entre dos reemplazos en grupo. El periodo de cambio de las bombillas se puede establecer por muestreo, cuando se esté próximo a cumplir el tiempo de vida útil garantizada por el fabricante; en este caso se debe tomar una muestra de bombillas, aplicando la norma de muestreo NTC-ISO 2859-1 Parte 1 “Procedimiento de muestreo para inspección por atributos” y medir su flujo luminoso según lo establecido en la NTC 5109. Con base en el criterio de aceptación y rechazo definido en el plan de muestreo, si el número de bombillas con el flujo luminoso por debajo del 70% del flujo nominal es superior al número aceptado por la norma, todo el lote de bombillas debe ser cambiado. 10.3.3.1.2 Limpieza En general, y en particular en zonas altamente contaminadas y en las de tráfico denso, no es posible depender únicamente de la limpieza realizada durante el reemplazo en grupo. Por consiguiente, para el ciclo de limpieza se deben adoptar períodos inferiores a los utilizados en reemplazo en grupos. 10.3.3.2 Mantenimiento mecánico, óptico y eléctrico Comprende una serie de revisiones y operaciones, y sus principios son los siguientes: 10.3.3.2.1 Mantenimiento mecánico Revisión periódica (aproximadamente cada año) de los cimientos y perpendicularidad del poste, caja de conexiones y del brazo, orientación del brazo y todas las partes mecánicas de la luminaria, incluidos tornillos y pernos. 10.3.3.2.2 Mantenimiento eléctrico y óptico - Revisión cada 12 meses - 18 meses de la correcta puesta a tierra del poste, los soportes murales, si se utilizan, señalización sobre los postes y señales de tráfico con iluminación. - Revisión del buen aislamiento de todos los elementos metálicos de la instalación, incluso las luminarias. - Revisión periódica (cada 2 años) del buen estado de los conductores dentro del poste y del brazo, al igual que la bombilla. Esta revisión debe incluir los tableros de conmutación del alumbrado, relojes, relés, sistema de encendido, contactores, transformadores, balasto, arrancador, condensadores, portabombillas, equipos auxiliares y fusibles; la verificación del enfoque correcto de las bombillas en el conjunto óptico, la buena orientación de las luminarias; las revisiones periódicas del aislamiento y la reparación de fallas eventuales. - Medición periódica de la iluminancia o luminancia de la vía, - Revés. 110 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 111 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 10.3.3.3 Mantenimiento de la pintura y protección contra la corrosión Para los postes de acero, se obtiene un tratamiento efectivo mediante galvanización en caliente, con inmersión del poste en el baño, siempre y cuando la galvanización sea de muy buena calidad. Este tipo de protección hace innecesaria cualquier protección de la base del poste contra el óxido por medio de un engrosamiento del metal. Es necesario establecer un programa sistemático de revisión de la protección contra corrosión y el estado de reparación de la pintura. Este programa puede comprender, para los postes de acero incluida la base, lo siguiente: a) b) De 5 años a 7 años, pintura completa, incluye: - raspado de la superficie oxidada, - tratamiento apropiado de toda la superficie que va a ser pintada, - aplicación cuidadosa de un recubrimiento de protección antióxido a todas las superficies perfectamente raspadas, - aplicación de un revestimiento de pintura epóxica. Cada 3 años, una renovación limitada que comprende la aplicación de un revestimiento de pintura con base alquídica después del tratamiento protector de las superficies corroídas. Esta intervención, llevada a cabo metódicamente, con frecuencia hace posible aplazar una nueva aplicación completa de pintura hasta después de 8 años a 10 años, ya que es más fácil tratar la corrosión en su primera manifestación. La pintura aplicada a todas las partes metálicas debe ir precedida de la aplicación de un imprimante y un revestimiento de pintura antioxidante. Una buena pintura debe durar, como mínimo, siete años en climas húmedos. En lo que se refiere a postes de concreto, prácticamente no necesitan ninguna protección o mantenimiento durante los primeros 8 años a 10 años. Transcurrido este período, es razonable asegurarse de que no se ha separado ningún menisco del cemento, particularmente alrededor de la puerta de inspección del poste. Los postes de aluminio y poliéster prácticamente no necesitan mantenimiento. Para estas operaciones no se puede recomendar ningún período absoluto, ya que depende, en gran medida, de las condiciones climáticas. 10.3.3.4 Mantenimiento de las instalaciones de alumbrado de viaductos y vías elevadas Los puentes, viaductos y vías elevadas tienen una estructura bastante costosa; por lo tanto, se construyen solamente cuando el tránsito esperado justifica el gasto. De aquí que las operaciones de mantenimiento se deben realizar, necesariamente, durante horas de tráfico bajo, lo que hace esta operación muy onerosa. En consecuencia, para el alumbrado de estas estructuras se deben escoger materiales sólidos y duraderos, de manera que el mantenimiento sea fácil y se pueda realizar con intervalos más o menos largos, sin deterioro del funcionamiento de la instalación. 112 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 10.3.3.5 Mantenimiento del alumbrado en mástiles Los accesorios de alumbrado de instalaciones de gran altura comprenden, generalmente, un mástil, varias luminarias y una plataforma fija o móvil situada en la parte superior del poste. En cuando al mástil, el mantenimiento se debe realizar como se recomienda en los numerales 10.3.3.2.1 y 10.3.3.2.2. Debido a que el mantenimiento se dificulta en las grandes alturas, se recomienda que el mástil sea de un material que requiera poco mantenimiento. Cuando los mástiles se instalan alejados de una calle, es necesario construir para cada uno de ellos una vía de acceso para los vehículos de mantenimiento, instalar un anillo viajero o si existen restricciones económicas, pasamanos a lo largo de cada mástil y una canastilla en la parte superior. El mantenimiento de las luminarias y bombillas debe incluir todas las operaciones periódicas descritas en el numeral 10.3.3.1. - Cuando la plataforma es fija, el acceso a las luminarias se debe hacer con todas las medidas de seguridad, lo que incluye una escalera. En cualquier caso, se recomienda una plataforma a intervalos regulares, para permitir al personal de mantenimiento tomar un descanso. Estas personas deben utilizar un cinturón de seguridad. La plataforma misma debe tener una barandilla u otro sistema de seguridad que permita al personal de mantenimiento asegurar sus dispositivos de retención y un gancho para sujetar el cinturón de seguridad. También se puede utilizar una grúa móvil para que el personal pueda ser transportado a lo alto del poste. - Cuando la plataforma es móvil, se permite bajar las luminarias al suelo. Esta solución es la más segura. Su costo inicial es alto, pero en el tiempo resulta más económica, puesto que evita tener que utilizar un vehículo de mantenimiento especial y entrenar personal especializado. La plataforma móvil debe estar equipada con un sistema de retención absolutamente confiable para evitar que la plataforma se caiga, principalmente en áreas urbanizadas o con mucho tráfico. Los diferentes elementos de la plataforma deben estar unidos sólidamente, ya que el ensamble debe resistir vibraciones. El emplazamiento de los mástiles debe ser tal, que el mantenimiento de la plataforma, una vez bajada, se pueda llevar a cabo sin causar interferencias del tráfico. Una instalación correcta necesita ser verificada mínimo cada 2 años, e incluso cada 5 años. Sin embargo, los contactos eléctricos en la parte superior del poste se deben revisar anualmente, y todo el equipo móvil debe ser operado arriba y abajo cada 3 meses. 11. CRITERIOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL DISEÑO, UTILIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO 11.1 CRITERIOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL DISEÑO Los criterios de eficiencia energética que se deben tener en cuenta en el diseño de las instalaciones de alumbrado público son las siguientes: 11.1.1 El nivel de iluminación debe ser el adecuado para la tarea que se realice, ajustándose a los valores indicados en esta norma, para cada tipo de iluminación. No obstante, podrán 113 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) superarse los niveles luminosos hasta un 20 %, salvo en los casos debidamente justificados, en los que sería posible rebasar dicho porcentaje. 11.1.2 Se debe instalar siempre la bombilla de mayor eficacia luminosa (lm/W) de entre aquellas que cumplan los demás parámetros del proyecto de alumbrado. 11.1.3 El equipo auxiliar debe ser idóneo para suministrar a la bombilla las características eléctricas necesarias para su funcionamiento con la emisión de un flujo luminoso elevado y consumo energético bajo (bajas pérdidas). Así mismo, los condensadores deben corregir el factor de potencia (cos ϕ) a los valores superiores o iguales a 0,90, lo que reduce el consumo de energía. NOTA Cuando no se utilicen los equipos que tengan la mayor relación entre el flujo luminoso y la potencia consumida (potencia de bombilla más pérdidas de los equipos auxiliares), se debe justificar, mediante la realización de un estudio económico, que el incremento de coste del equipo de mayor eficacia no es amortizable mediante ahorros energéticos de mantenimiento, de contratación eléctrica, etc., en un plazo de 5 años; o que técnicamente no es adecuado para el tipo de instalación que se realiza. 11.1.4 Se deben instalar aquellas luminarias que resulten más adecuadas, para el tipo de fuente de luz por utilizar y que tengan el mayor rendimiento, factor de utilización y factor de depreciación o mantenimiento de entre aquellas que cumplan los parámetros del proyecto de alumbrado. 11.1.5 En alumbrados de vías y peatonales deben implantarse luminarias con reducida emisión de luz por encima del plano horizontal, debiéndose utilizar reflectores que dirijan el flujo luminoso al área que pretende iluminar, reduciendo la contaminación luminosa. 11.1.6 En cuanto al sistema de iluminación, en alumbrado público se debe adoptar preferiblemente la disposición de puntos de luz unilateral, cuando la relación entre el ancho de la calzada y la altura del punto de luz sea igual a 1,2 o inferior, siempre que se cumplan los parámetros de calidad y cantidad de luz. Si no es posible la disposición unilateral, se debe adoptar la de tresbolillo cuando la relación entre el ancho de la calzada y la altura del punto de luz sea mayor de 1,2 y menor de 1,5. Se debe utilizar la disposición bilateral cuando la citada relación sea mayor o igual a 1,5. Siempre que no sea factible utilizar la disposición unilateral, se recomienda adoptar la bilateral con preferencia la tresbolillo, ya que los niveles de calidad resultan superiores en uniformidades longitudinales. 11.1.7 Considerando que cuando exista sobretensión en la red, en el caso de las bombillas de vapor de sodio alta presión, cuando se utilizan balastos serie tipo inductivo, debido a su limitada capacidad de regulación, un 10 % de incremento en la tensión de la red eléctrica ocasiona un aumento de potencia en el 20 % y el 25 %, lo cual resulta altamente perjudicial para la vida de la bombilla que puede reducirse en más de un 50 %; para disminuir el problema puede optarse: - por balastos serie de tipo inductivo con dos tomas de corriente y conexión a la toma más próxima a la tensión de la red, - utilizar balastos autorregulados, - colocar balastos electrónicos, - instalar estabilizadores de tensión de cabecera de línea. 114 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 11.1.8 En cuanto a la reducción del nivel luminoso, de conformidad con lo establecido en esta norma, puede preverse reducción en el alumbrado público para efectos de ahorro energético, bien de forma puntual instalando en el equipo auxiliar de las luminarias balastos electromagnéticos de dos niveles de potencia o balastos electrónicos, o bien en cabecera de línea mediante equipos reductores estabilizadores de tensión. 11.1.9 En cuanto a los sistemas de control, el accionamiento de los cuadros de alumbrado debe ser automático, incluido, en su caso, el alumbrado reducido, con la posibilidad, igualmente, de ser manual. El programa debe ser el encendido total, apagado parcial del 50 % de los puntos de luz a predeterminadas horas de la noche y el apagado total. A tal efecto, el cuadro de alumbrado puede ir previsto bien de célula fotoeléctrica y reloj con corrección astronómica de doble esfera montados en paralelo, actuando el reloj retardado a la célula para el caso de avería; o bien con reloj horario digital astronómico para encendido/apagado del circuito de alumbrado con circuito voluntario. El accionamiento de los encendidos y apagados también puede llevarse a cabo mediante el sistema de gestión centralizada de las instalaciones de alumbrado. 11.1.10Los sistemas de encendido y apagado deben evitar la prolongación innecesaria de los períodos de funcionamiento de las instalaciones. 11.1.11 Se deben limitar las pérdidas propias de la instalación, especialmente las debidas al efecto Joule en líneas de alimentación y los consumos por sobretensión de suministro. 11.1.12 Los dispositivos de control de potencia y medición de energía deben ser los adecuados a las características de la instalación y a la modalidad de contratación prevista. 11.1.13 En principio, cuando sea posible, sería recomendable la construcción de los pavimentos de las calzadas con áridos y gravas blancas o claras en proporciones adecuadas, lo que permitiría un elevado coeficiente de luminancia medio o grado de luminosidad Qo y un factor especular S1 bajo y, por tanto, un porcentaje de ahorro de energía. 11.1.15 Desde el instante inicial, se debe planificar y programar conservación y mantenimiento de las instalaciones. 11.2 CRITERIOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA UTILIZACIÓN 11.2.1 Se debe controlar el consumo de energía (término potencial, término energía, discriminación horario, energía reactiva, etc.) y el gasto que representa, analizando las situaciones y desviaciones anómalas, aplicando las medidas necesarias para su corrección. 11.2.2 Para poder efectuar la gestión de las instalaciones debe ser necesario disponer del inventario de estas, que debe contener al menos: - tipo de luminaria, - bombillas: tipos, potencias y tipos de equipo auxiliar, - línea de alimentación eléctrica, - dispositivo de maniobra, - cuadros eléctricos, - subcuadros eléctricos. 115 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) También se deben indicar las agrupaciones de puntos de luz por: - equipos de medición, - dispositivos de maniobra principales, - dispositivos de maniobra secundarios, - sistemas de regulación. 11.2.3 Igualmente, se debe determinar el ciclo o ciclos de funcionamiento de la instalación con el fin de mejorar y prever el consumo de la instalación, así como su mejor contratación eléctrica, así como mejorar la contratación del suministro de la energía eléctrica, aplicando tarifas diferenciales en las horas de la madrugada. 11.2.4 En el ciclo de funcionamiento se debe fijar no solo cuántas horas está la instalación en funcionamiento, sino cuáles son esas horas. 11.2.5 La selección del sistema de control de los ciclos de funcionamiento debe ser función del potencial de ahorro energético y éste, a su vez, depende de la magnitud, complejidad y flexibilidad de la instalación. Toda instalación debe tender hacia un control continuo y exacto de los ciclos de funcionamiento mediante sistemas electrónicos e informáticos. 11.2.6 Los horarios de funcionamiento de las instalaciones deben adaptarse lo más exactamente posible a las necesidades de iluminación. 11.2.7 Aquellas instalaciones que carezcan de mantenimiento y que no estén gestionadas en la actualidad, pero que se estime deban ser mantenidas, deben ser sometidas a una auditoría energética en la cual se debe analizar la situación de la instalación, se debe realizar un diagnóstico de la problemática energética y se debe efectuar una propuesta de actuación sobre: - reforma del sistema de alumbrado, - adecuación de instalaciones eléctricas, - alteraciones en ciclos de funcionamiento, - nueva tarificación eléctrica. 11.2.8 También se debe hacer la auditoría energética en aquellas instalaciones que presenten problemas de funcionamiento o de eficiencia energética, y aquellas otras en las que se pretenda establecer nuevos criterios de funcionamiento. 11.3 CRITERIOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL MANTENIMIENTO Estos criterios se han establecido en el numeral 10.3.1 11.4 AUDITORÍA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN DE ALUMBRADO PÚBLICO Se debe designar un responsable por la realización de la auditoría energética de la instalación, previa a la puesta en marcha de una gestión de mantenimiento. La auditoria debe ir orientada a estudiar las mejoras y modificaciones necesarias para optimizar el funcionamiento y utilización de la instalación, y debe contener: 116 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) 11.4.1 Relación de instalaciones El primer paso consiste en elaborar una relación exhaustiva de las características y tipos de materiales utilizados en la instalación. - Análisis de la situación actual Para analizar la situación y comportamiento de las instalaciones es necesario, realizar una toma de datos y mediciones de campo: - inventario, - determinación de niveles de iluminación, - consumos históricos, - mediciones, - medición coseno ϕ, - medición de tensión de alimentación, - consumos, etc. , - condiciones de utilización y aprovechamiento 11.4.2 Diagnóstico de las instalaciones Con los datos recogidos se debe realizar un diagnóstico de la situación, que debe incluir los siguientes aspectos: - descripción del sistema utilizado, - análisis del nivel de servicio prestado (comparar los parámetros indicados en esta norma con los existentes, analizando sus desviaciones y su causa), - análisis de las condiciones energéticas del sistema, obteniendo la eficacia energética de la instalación, observando las desviaciones sobre las indicadas en la norma y analizando sus causas, - análisis de las condiciones de contratación eléctrica. 11.4.3 Mejoras, modificaciones, optimización de la instalación Una vez analizada la situación actual, debe estudiarse la necesidad de hacer cambios o modificaciones que contribuyan a mejorar y optimizar el funcionamiento y utilización de la instalación. En cada una de las medidas estudiadas se debe valorar la inversión, el ahorro energético y económico previsto, así como la dificultad que supone su implementación. 11.4.4 Gestión de mantenimiento Una vez realizada la auditoria de las instalaciones, y como consecuencia de ésta, llevado a cabo el plan de mejoras y modificaciones, se debe realizar un seguimiento y control del conjunto de las instalaciones, en especial de sus averías y de su eficacia energética. 117 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) ANEXO A (Normativo) NORMAS COMPLEMENTARIAS Las siguientes Normas Técnicas Colombianas son indispensables para la correcta aplicación de la NTC 900, en este anexo se incluyen las fechas vigentes al momento de elaboración , sin embargo en todos los casos se debe aplicar la última edición de cada NTC. NTC 1469:1979, Casquillos y portalámparas para lámparas de iluminación general. Designaciones. NTC 1470:1987, Electrotecnia. Casquillos y portalámparas roscados E27 y E40. Dimensiones y galgas de verificación. NTC 2117:1986, Electrotecnia. Balastos para bombillas de alta intensidad de descarga. Especificaciones. NTC 2118:1988, Electrotecnia. Balastos para bombillas de alta intensidad de descarga. Ensayos. NTC 2134-1:2002, Condensadores para utilización en los circuitos de bombillas tubulares fluorescentes y otras bombillas de descarga. Requisitos de funcionamiento. NTC 2134-2:2004, Condensadores para utilización en los circuitos de bombillas tubulares fluorescentes y otras bombillas de descarga. Requisitos generales y de seguridad. NTC 2230:1989, Electrotecnia. Luminarias. NTC 2232:1986, Electrotecnia. Portalámparas Edison roscados. NTC 2243:1990, Electrotecnia. Lámparas de vapor de sodio de alta presión. NTC 2470:1994, Electrotecnia. Dispositivos de fotocontrol intercambiables para iluminación publica. Especificaciones y ensayos. NTC-ISO 2859-1:2002, Procedimientos de muestreo para inspección por atributos. Parte 1: Planes de muestreo determinados por el nivel aceptable de calidad -NAC- para inspección lote a lote. NTC 3200:1992, Electrotecnia. Arrancadores para bombillas de sodio de alta presión. NTC 3282:1991, Electrotecnia. Bombillas de sodio de alta presión. Métodos para medir sus características. NTC 4545:1998, Método de ensayo para la medición de las perdidas de potencia en balastos. NTC 5109:2002, Medición del flujo luminoso. 118 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) ANEXO B (Informativo) LIMITACIÓN DEL RESPLANDOR LUMINOSO NOCTURNO B.1 GENERALIDADES El resplandor luminoso nocturno en el cielo, o contaminación luminosa, producido por la difusión y reflexión de la luz artificial en los gases y partículas en suspensión de la atmósfera, constituye un inconveniente para la observación astronómica. El resplandor luminoso nocturno en el cielo produce un velo en el campo de observación que tiene que ver con el contraste entre las luminancias de los objetos (estrellas u objetos celestes) y del fondo natural del cielo. Debe distinguirse e! brillo natural, atribuible a la radiación de las fuentes u objetos celestes y a la luminiscencia de las capas altas de la atmósfera, del resplandor luminoso debido a las fuentes de luz artificial. En este último caso, tienen que considerarse las emisiones directas hacia arriba de diversas fuentes de luz artificial, así como la radiación reflejada por las superficies iluminadas por dichas fuentes de luz. El resplandor luminoso nocturno o contaminación luminosa, da lugar a que se incremente el brillo del fondo natural del cielo, dificultando las observaciones astronómicas de los objetos celestes. La limitación del resplandor luminoso nocturno significa reducción de la emisión de luz hacia arriba, que no resulta útil en el alumbrado de vías, lo que implica mayor eficiencia energética en la instalación. La visibilidad de un objeto situado sobre un fondo, depende de la diferencia de luminancias entre el objeto y el fondo. Un objeto claro sobre fondo oscuro, su contraste será positivo (valores entre 0 e infinito) en cambio un objeto más oscuro que su fondo se verá en silueta y su contraste será negativo, variando entre 0 y -1. Lo Lf α Contraste negativo Contraste positivo Figura B.1. Visión de contraste de un objeto El contraste C puede ser positivo o negativo: Si Lo > Lf C > 0 contraste positivo (objeto más claro que el fondo) Si Lo < Lf C < 0 contraste negativo (objeto más oscuro que el fondo). El contraste puede adquirir los siguientes valores: 119 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Contraste Positivo (Objeto claro) o<C<∞ Contraste Negativo (Objeto oscuro) -1 < C < o El resplandor luminoso nocturno en el cielo produce un velo en el campo de observación que tiene su propia luminancia Lv, que se añade a la luminancia del objeto y del fondo. de forma que el nuevo contraste C´ es el siguiente: C´= (L0 + Lv ) − ( L f + Lv )) L f + Lv C ´= Lo − L f L f + Lv Siempre se verifica que C' < C, dado que el numerador es el mismo y el denominador es siempre mayor. Cuando la luminancia de velo Lv aumenta, el objeto observado puede desaparecer del campo visual, particularmente en el caso de observaciones astronómicas cuando se trata de una estrella u objeto celeste con una luminancia Lo muy débil. B.2 SISTEMA DE ZONIFICACIÓN Las supuestas contradicciones entre las exigencias fotométricas relativas a la actividad humana nocturna, seguridad en la circulación de vehículos y peatones, calidad de vida. integridad del entorno. propiedades, bienes. etc. y el resplandor luminoso nocturno en el cielo, que dificulta las observaciones astronómicas de los objetos celestes deben abordarse para adoptar las soluciones factibles. En materia de medio ambiente, cuando una actividad potencialmente contaminante no puede ser totalmente controlada, la idea básica que se utiliza consiste en evitar que las consecuencias ambientales, debidas a esta presunta contaminación perjudiquen igualmente en todas las localizaciones o situaciones. Por tanto, el sistema de zonificación debe servir de marco de referencia para regular y resolver los posibles conflictos, que pudieran derivarse de la hipotética dicotomía iluminación-observación astronómica. Para limitar las posibles interferencias producidas por el resplandor luminoso nocturno en el cielo a los observatorios astronómicos denominados "punto de referencia", la introducción del sistema de zonificación responde a dos propósitos. Por una parte, permite establecer los requisitos de iluminación en una zona donde se encuentra el "punto de referencia". Por otro lado, posibilita fijar las exigencias de iluminación en otras zonas, adyacentes o no, a la zona particular donde está ubicado el "punto de referencia". Tabla B.1. Descripción del sistema de zonificación Clasificación de zonas E1 E2 E3 E4 Descripción ÁREAS CON ENTORNOS OSCUROS: Observatorios astronómicos de categoría internacional ÁREAS DE BAJO BRILLO: áreas rurales ÁREAS DE BRILLO MEDIO: Áreas urbanas residenciales ÁREAS DE BRILLO ALTO: Centros urbanos con elevada actividad nocturna. 120 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Los parques nacionales y áreas de especial belleza natural tendrán el mismo tratamiento que la zona E.1, en lo que respecta a las limitaciones del flujo hemisférico superior instalado establecidas en la Tabla B.2, no siendo de aplicación el régimen de distancias al resto de zonas recogido en la Tabla B.4. B.3 CRITERIOS DE ELECCIÓN DE BOMBILLAS Se recomienda la utilización de bombillas del tipo de descarga. En vías de tráfico vehicular y zonas urbanas se utilizarán preferentemente bombillas de vapor de sodio a alta presión (v.s.a.p.), debido a su elevada eficacia luminosa (lm/W) y mejor rendimiento de color que las bombillas de vapor de sodio a baja presión (v.s.b.p.), cuyo uso podría ser también recomendable en carreteras a cielo abierto, zonas rurales y áreas que requieran alumbrado de seguridad. Asimismo, en zonas con jardines, cascos históricos, ete. podrían emplearse bombillas de vapor de mercurio a alta presión, halogenuros metálicos, etc. En la zona E 1 donde se encuentra el "punto de referencia" (observatorios astronómicos de categoría internacional), se recomienda instalar bombillas de vapor de sodio de alta y baja presión. implantando con preferencia estas últimas. B.4 LIMITACIONES DEL FLUJO HEMISFÉRICO SUPERIOR Se define el flujo hemisférico superior instalado FHSins, emitido por una luminaria como el dirigido por encima del plano horizontal. Dicho plano corresponde al ángulo γ = 90° en el sistema de representación (C, γ). El flujo hemisférico se expresa en tanto por ciento del flujo total emitido por la luminaria. En la Tabla B.2 se establecen los límites o valores máximos del flujo hemisférico superior instalado FHSins.", para cada una de las zonas. Tabla B.2. Valores límite del flujo hemisférico superior instalado Clasificación de zonas E1 E2 E3 E4 Flujo hemisferico luminoso superior instalado FHS inst (%) 0 0–5 0 – 15 0 - 25 A modo de ejemplo en la Tabla B.3 se hace constar el tipo de observaciones astronómicas realizables en cada zona. Tabla B.3. Actividades astronómicas realizables en cada zona Clasificación de zonas E1 E2 E3 E4 Actividades astronómicas Observatorios de categoría internacional Observatorios de estudios académicos y postgrados Observatorios amateur Observaciones esporádicas No obstante, en el caso de iluminación de autopistas y autovías, vías urbanas importantes, rondas de circunvalación, etc. se recomienda instalar luminarias con un flujo hemisférico superior instalado FHSinst ≤ 3 %. En el resto de vías de tráfico vehicular se aconseja un FHSins, ≤ 5 %. En el caso de alumbrados peatonales, así como artísticos con faroles, aparatos históricos, etc., se sugiere un flujo hemisférico superior instalado FHSins ≤ 25 %. 121 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Cuando se agote la vida de las instalaciones de alumbrado, o por cualquier causa se proceda a su renovación, se recomienda implantar luminarias con las limitaciones de flujo hemisférico superior señaladas en este apartado. Se aconseja el establecimiento de programas de sustitución de luminarias existentes cuyo flujo hemisférico superior instalado sea mayor del 25 %, (FHSinst ≥ 25 %), por luminarias que cumplan los valores recomendados en este epígrafe. B.4.1 Otras características de las luminarias Se sugiere que las luminarias a emplear en alumbrados peatonales, los faroles artísticos, aparatos históricos, etc. estén provistos de bloque óptico, de forma que al tiempo que se controla la emisión de luz en el hemisferio superior, se aumente el factor de utilización en el hemisferio inferior. EI el caso de proyectores, además de cuidar con esmero su apuntamiento, se preverá la instalación de rejillas, paralúmenes y otros dispositivos que controlen la dirección del flujo luminoso emitido, reduciendo el deslumbramiento y la contaminación luminosa. En todos los supuestos, la distribución del flujo luminoso de las luminarias y proyectores se considera deberá ser la adecuada para obtener la máxima eficiencia energética de la instalación. B.5 DISTANCIAS ENTRE ZONAS Y EL PUNTO DE REFERENCIA El resplandor luminoso nocturno en el cielo o contaminación luminosa de una zona específica, por ejemplo, la zona particular donde se encuentra el "punto de referencia" (observatorios astronómicos de categoría internacional), es debido a las dimensiones de esa zona y su propia iluminación, así como la iluminación de las zonas vecinas o colindantes. Por tanto, también debe considerarse la iluminación de las zonas de alrededor de la que contiene el "punto de referencia". La influencia de la iluminación de estas zonas vecinas o colindantes, sobre el total de la contaminación lumínica en el "punto de referencia", depende de las distancias entre las fronteras de las zonas y el "punto de referencia". En la Tabla B.4 se establecen las distancias en km recomendadas entre los límites de cada zona (E1, E2, E3 y E4) Y el "punto de referencia". Para la correcta utilización de la Tabla B.1, en primer lugar debe seleccionarse la zona donde se encuentra situado el "punto de referencia" y a continuación, en la tabla B.4, se obtiene la distancia mínima en km donde comienza la zona siguiente, y así sucesivamente para el resto de zonas colindantes. Los valores consignados en la Tabla B.4 se han deducido de la experiencia práctica, aun cuando el número de casos estudiados ha sido limitado 122 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Tabla B.4. Distancias entre los límites de las zonas Zona del punto de referencia E1 Distancias entre los limites de las zonas E1 – E2 E2 – E3 E3 – E4 1 10 100 E2 1 E3 1 E4 B.6 10 sin límites CARACTERÍSTICAS FOTOMÉTRICAS DE LOS PAVIMENTOS Siempre que las características constructivas, composición y sistema de ejecución resulten idóneas respecto a la textura, resistencia al deslizamiento, adherencia, drenaje de la superficie, etc., en las calzadas de las vías de tráfico se recomienda utilizar pavimentos cuyas características y propiedades reflexivas resulten adecuadas para las instalaciones de alumbrado público, al objeto de lograr la máxima luminancia y uniformidad a igualdad de iluminancia consiguiéndose, por tanto una mayor separación entre puntos de luz. La luminosidad del pavimento de una calzada está estrechamente relacionada con las propiedades fotométricas del mismo y, en concreto, con el coeficiente de luminancia medio Qo del pavimento, de forma que cuanto más elevado es dicho coeficiente, a idéntica iIuminancia, mayor es la luminancia de la calzada y menor resulta, el deslumbramiento perturbador TI. El factor especular S1 determina en que medida las características del pavimento, respecto a la reflexión de la luz incidente, se separan de las de la superficie que asegure una reflexion difusa perfecta de forma que, a igualdad de iluminancia cuanto más bajo es el factor especular S1 mayores son las uniformidades de luminancia. De todo lo anterior se deduce que, siempre que sea factible, en las calzadas de las vías de tráfico se aconseja utilizar pavimentos con un coeficiente de luminancia medio o grado de luminosidad Qo lo más elevado posible, y cuyo factor especular S1 sea bajo. B.7 VARIACIONES TEMPORALES DE LOS NIVELES DE ILUMINACIÓN En las vías de tráfico, zonas peatonales, carriles bicicletas pueden reducirse los niveles luminosos a ciertas horas de la noche, siempre que quede garantizada la seguridad de los usuarios. En puntos concretos con elevados porcentajes de accidentalidad nocturna, zonas peatonales con considerable riesgo de criminalidad, etc., se recomienda por razones de seguridad no llevar a cabo variaciones temporales de los niveles de iluminación. En ningún caso la reducción descenderá por debajo del nivel de iluminación aconsejable para la seguridad de tráfico y para el movimiento peatonal. La reducción de los niveles luminosos mediante apagado de puntos de luz no es recomendable, y en el supuesto de utilizar dicho procedimiento, deben mantenerse las uniformidades mínimas establecidas en esta norma. La reducción con sistemas de regulación se estima que es el procedimiento más adecuado ya que evita zonas de sombra y muros de luz que dificultan la visión manteniendo las uniformidades. 123 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.8 NTC 900 (Tercera actualización) POSIBLES SOLUCIONES PARA REDUCIR EL RESPLANDOR LUMINOSO NOCTURNO Las posibles soluciones que permiten reducir el respIandor Iuminoso nocturno son, entre otras Ias siguientes: - Apagar las iluminaciones publicitarias y ornamentales a partir de una hora determinada. - Dirigir la luz en sentido descendente y no ascendente, sobre todo en iluminación de edificios y monumentos. - Si no existiera posibilidad de cambiar el sentido de iluminación hacia abajo y no hacia arriba, emplear pantallas y para lúmenes para evitar la dispersión del haz luminoso. - No usar luz en exceso, cumplir las normas que determinan los niveles recomendables para iluminar casi todas las tareas. - Utilizar en el alumbrado público luminarias con valores mínimos de emisión de luz por encima de la horizontal. Para adoptar las soluciones anteriores, tiene que considerarse el tipo de luminaria a utilizar su altura de montaje y su implantación de la forma siguiente: - No deben emplearse en la iluminación de edificios y fachadas o monumentos, proyectores que no permanezcan ocultos a la visión directa. - Lo mismo es aplicable a las instalaciones de alumbrado de zonas deportivas que se realizan con proyectores. - En alumbrado público, debería huirse de la implantación de columnas de gran altura, salvo cuando otras exigencias así lo aconsejen. - En alumbrado público, no deben emplearse luminarias que emitan un determinado porcentaje de luz por encima del plano horizontal de las mismas. - Para que el deslumbramiento sea mínimo, dirigir hacia abajo el haz de los rayos luminosos manteniéndolo por debajo de 70°. Si se eleva la altura de montaje, debería disminuirse el ángulo del haz de los rayos luminosos. - Dado que en lugares con luz ambiental baja, el deslumbramiento puede ser muy molesto, se deberá cuidar con esmero el posicionamiento y el apuntamiento u orientación de los aparatos de iluminación. - Cuando resulte posible, se recomienda implantar aparatos con reflector asimétrico que permitan mantener su cierre frontal paralelo o casi paralelo a la superficie horizontal que se quiere iluminar. 124 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) ANEXO C (Informativo) SISTEMAS DE ENCENDIDO Y APAGADO, DE REGULACIÓN DEL NIVEL LUMINOSO Y DE GESTIÓN CENTRALIZADA DE LAS INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO C.1 SISTEMAS DE ENCENDIDO Y APAGADO Los ciclos de funcionamiento de las instalaciones de alumbrado público vienen determinados por el encendido y apagado de las instalaciones, así como por la reducción del nivel luminoso. El encendido y apagado de las instalaciones debe efectuarse adecuadamente, sin que se adelante el encendido ni se retrase el apagado, de forma que el consumo energético sea el estrictamente necesario. Además de los sistemas de gestión centralizada que se desarrollarán más adelante, el encendido y apagado de las instalaciones se lleva a cabo mediante: - Interruptor crepuscular - Interruptor horario astronómico Respecto al comportamiento de los componentes electrónicos, los sistemas de encendido y apagado se deben ajustar a lo establecido en el numeral C.4. C.1.1 Interruptor crepuscular El interruptor crepuscular genera las órdenes de maniobra en función de la luminosidad ambiental, al estar constituido por una célula fotoeléctrica que detecta la cantidad de luz natural que existe en una determinada ubicación geográfica, transformando las variaciones de luminosidad en modificaciones de parámetros eléctricos, como pueden ser tensión, intensidad o resistencia. Al comparar los parámetros eléctricos con un valor de referencia o umbral, y cuando el valor medido es diferente al de referencia, se acciona un contactor que enciende, bien el punto de luz, o la instalación de alumbrado, apagándose la misma cuando el valor medido es asimismo distinto al de referencia o umbral. El sistema de interruptor crepuscular está provisto de una temporización o histéresis en la conmutación que permite eliminar fallos de encendidos o apagados, debidos a fenómenos metereológicos transitorios, tales como el paso de nubes y el ocultamiento de la luz solar. Aun cuando este sistema puede ser de utilización individual, normalmente su uso es global, situándose la célula cerca del armario de mando para accionar el encendido y apagado de un cuadro de alumbrado de sector. C.1.2 Interruptor horario astronómico Es un programador electrónico - digital diseñado para la maniobra automática de encendido y apagado de las instalaciones de alumbrado público. El reloj horario astronómico se basa en el cálculo de los ORTOS y OCASOS en función de la longitud y latitud donde está situada la instalación de alumbrado. Las fechas de cambio automático verano / invierno están programadas en la memoria. 125 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA C.2 NTC 900 (Tercera actualización) SISTEMAS DE REGULACIÓN DEL NIVEL LUMINOSO Las instalaciones de alumbrado público están previstas para que durante las horas de tráfico intenso de vehículos y peatones, el nivel medio de iluminación tenga un valor suficiente para satisfacer las necesidades visuales. Cuando dicho tráfico disminuye y, por tanto, la circulación y la tarea visual se desarrollen en otras circunstancias, debe existir la posibilidad de poder regular el nivel luminoso de las instalaciones de alumbrado público, reduciéndolo con la consiguiente disminución del consumo energético. Para conseguir este ahorro energético la técnica a priori más simple puede ser, bien la de apagar alternativamente puntos de luz, o apagar los de un lado de la calzada. Ello se lleva a cabo instalando algunas veces dobles circuitos eléctricos de alimentación de los puntos de luz, otras efectuando el apagado manualmente mediante retirada de fusibles, o instalando luminarias biIámpara y apagando una de ellas. Estos sistemas en la actualidad están prácticamente descartados, por cuanto se producen zonas oscuras que pueden afectar tanto a la visibilidad como a la seguridad, con unas uniformidades en la iluminación inaceptables. Una mala uniformidad en la iluminación de vías implica una inversión del contraste positivo a negativo o viceversa, lo que supone la creación de zonas de invisibilidad con grave pérdida de la seguridad vial. Además, una deficiente uniformidad en el alumbrado, alternando zonas de la calzada con fuerte iluminación con otras con débil alumbrado, fatiga al conductor e influye negativamente sobre el deslumbramiento y por tanto, no se garantiza la visibilidad de los obstáculos, disminuyendo considerablemente la seguridad de los usuarios, tanto de conductores como de peatones. En la actualidad se han desarrollado sistemas que solucionan los citados inconvenientes y que tienen como finalidad común reducir simultáneamente el flujo emitido por todas las bombillas, disminuyendo el nivel de iluminación pero manteniendo la uniformidad de dicha iluminación. Los tres sistemas de regulación del nivel luminoso son los siguientes: - Balastos serie de tipo inductivo para doble nivel de potencia - Reguladores - estabilizadores en cabecera de línea - Balastos electrónicos para doble nivel de potencia A la hora de establecer el porcentaje de ahorro energético proporcionado por los diferentes sistemas de regulación del nivel luminoso, debe tenerse en cuenta: - Las variaciones de tensión de la red - El estado de las líneas eléctricas de alimentación de los puntos de luz: secciones, equilibrio de fases, armónicos, etc. - El tipo de bombilla: vapor de sodio o vapor de mercurio - Las horas de funcionamiento: en el caso de las bombillas de vapor de sodio, los porcentajes de ahorro de energía no son constantes a lo largo de la vida de la bombilla, ya que cuanto mayor es la tensión de arco menor es el ahorro. 126 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Con las salvedades reflejadas, con carácter informativo y a título simplemente orientativo y sin que ello implique que siempre se alcancen los valores que se indican, con los sistemas de regulación del nivel luminoso y durante el período de funcionamiento de los mismos, se pueden alcanzar los siguientes valores: Tabla C.1. Sistemas de regulación del nivel luminoso. Ahorro máximo durante el periodo de funcionamiento del nivel o potencia reducida Parámetros Nivel máximo Nivel reducido Potencia absorbida por la red W = 100 % 60 – 64 % W Flujo de bombilla ϕ = 100% 45 – 55 % ϕ Ahorro -40 – 36 % NOTA Es importante destacar que el ahorro consignado en la Tabla C.1 comprendido entre un 36 % y un 40 %, corresponde solamente al período de funcionamiento del nivel o potencia reducida. Una instalación de alumbrado público, dependiendo de la latitud y longitud del lugar donde esté ubicada, permanece encendida alrededor de 4 000 h al año, mientras que el tiempo de permanencia del nivel o potencia reducida es aproximadamente de un 55 %, lo que significa un total de horas anuales de funcionamiento de dicho nivel reducido de unas 2 200. Respecto al ahorro energético referido a la totalidad de las horas anuales de funcionamiento de las instalaciones de alumbrado, el mismo es aproximadamente un 55 % del establecido en la Tabla C.1, es decir, el ahorro producido por los sistemas de regulación del nivel luminoso supone aproximadamente entre un 20 % y un 22 % del consumo total anual de la instalación. Asimismo, debe considerarse la distinta velocidad de respuesta de la bombilla de vapor de sodio a alta presión, que tiende a mantener sus valores, y la de los diferentes sistemas de regulación del flujo luminoso durante la conmutación al nivel reducido, ya que en las instalaciones equipadas con sistemas cuya respuesta es inmediata (balastos electromagnéticos para doble nivel y reguladores-estabilizadores en cabecera), pueden producirse apagados momentáneos de las bombillas en el transcurso de dicha conmutación, y cuya duración corresponde al tiempo necesario para su reencendido. También es de señalar que, en función del sistema de regulación del nivel luminoso adoptado, existe diferente variación del factor de potencia a lo largo de la vida de la bombilla, de forma que para los balastos serie de tipo inductivo para doble nivel de potencia se produce una caída por debajo de 0,8, con los reguladores estabilizadores en cabecera de línea dicha caída está por debajo de 0,9, mientras que en los balastos electrónicos para doble nivel de potencia se mantiene por encima de 0,95. NOTA Todos los valores que se exponen en este numeral 8.2 responden a ensayos concretos efectuados en un laboratorio acreditado, en unas condiciones ideales de ausencia de armónicos en la red y valores asimismo ideales de tensión, capacidad e impedancia. En condiciones reales probablemente los valores obtenidos podrían empeorar, debido fundamentalmente a las corrientes armónicas C.2.1 Balastos serie tipo inductivo con doble nivel de potencia Se trata de los primeros equipos que aparecieron en el mercado para ahorro energético, aportando una primera solución adecuada para la regulación del nivel luminoso de las instalaciones de alumbrado público. Estos balastos para su instalación pueden estar dotados con línea de mando, o sin línea de mando (temporizados), aplicándose a las bombillas de vapor de sodio a alta presión y de vapor de mercurio. 127 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Los balastos para doble nivel, son balastos serie de tipo inductivo de construcción semejante a los modelos estándar, pero a los que se ha añadido un bobinado adicional sobre un mismo núcleo magnético, de manera que pueda obtenerse la impedancia nominal para la potencia nominal de bombilla (primer nivel, y por conmutación a la conexión del bobinado adicional, una impedancia superior que da lugar a la potencia reducida en bombilla (segundo nivel). Un esquema representativo del conexionado y funcionamiento del balasto serie tipo inductivo con doble nivel de potencia con línea de mando es el de la Figura C.1 La conmutación se lleva a cabo mediante un relé que a su vez está comandado a través de una línea de mando auxiliar, por un programador de tiempo, o un reloj calendario astronómico. Una versión posterior alternativa de este sistema es la denominada "sin línea de mando" en la que se ha dotado al relé de conmutación de un temporizador con retardo a la conexión de forma que, al cabo de un tiempo predeterminado a partir de la puesta en servicio del alumbrado, se conmuta automáticamente a la posición de nivel reducido. El perfeccionamiento de los balastos de doble nivel temporizados en relación a los anteriores con línea de mando, consiste en la economía en la instalación y en el mantenimiento posterior de dicha línea de mando. Ventajas e inconvenientes En las instalaciones de alumbrado público existentes, la implantación de los balastos de doble nivel de potencia con o sin línea de mando (temporizador) requiere una intervención punto a punto de luz, lo que supone un coste económico a considerar. En el caso de los balastos de doble nivel de potencia debe tenerse en cuenta para bombillas de sodio a alta presión, la relación a la tensión de la red con el arco de la bombilla, respecto a la eficiencia energética del equipo auxiliar. Por tanto, es necesario considerar la influencia de la tensión de la red sobre la potencia en la bombilla. Como consecuencia las pérdidas adicionales por exceso de consumo energético así como la reducción de la vida útil de las bombillas, lo que conlleva no alcanzar el anhelado ahorro en torno al 40 % (véase la Tabla C.1) debido a las razones expuestas durante las horas de funcionamiento de nivel reducido que equivalen aproximadamente a un 22 % del consumo total anual de la instalación. C.2.2 Reguladores estabilizadores en cabecera de línea Los reguladores estabilizadores en cabecera de línea se fundamentan en una técnica que consiste básicamente en reducir la tensión de alimentación al conjunto bombilla - balasto, con lo que se obtienen disminuciones de potencia en torno al 40 % para reducciones del flujo luminoso de la bombilla aproximadamente del 50 %. En la actualidad son equipos electrónicos estáticos, que actúan de forma independiente sobre cada una de las fases de la red, al objeto de estabilizar la tensión de cada una de éstas respecto al neutro común en el circuito de salida o utilización, y disminuir el nivel de dicha tensión a partir de la orden apropiada, para finalmente producir una reducción del flujo luminoso de la bombilla y el consiguiente ahorro energético. Para tensiones de alimentación nominales al conjunto bombilla - balasto de 220 V, la reducción de tensión es a 175 V pudiendo admitirse hasta 180 V para el vapor de sodio a alta presión, y a 195 V para el vapor de mercurio a alta presión. 128 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Se instalan en cabecera de línea, alojándose en el propio armario de maniobra y medida, que deberá sobredimensionarse, o bien ubicarse en un armario independiente junto a éste, siendo muy importante que las líneas eléctricas estén bien dimensionadas (secciones adecuadas), para evitar apagados en los puntos de luz más alejados del regulador - estabilizador en cabecera, debidos a la caída de tensión en las líneas. A la misión fundamental de estabilización y reducción de tensión, distintos fabricantes añaden diferentes funciones complementarias, como pueden ser protecciones o dispositivos de seguridad, elementos de maniobra, medida, telecontrol, etc. Con objeto de informar sobre las posibilidades de utilización práctica de estos sistemas, a continuación se recogen en la Tabla C.2 las potencias mas usuales ofrecidas por los diferentes fabricantes de los reguladores estabilizadores en cabecera de línea Tabla C.2. Tabla de potencias e intensidades eficaces por fase Potencia 7,5 kVA 15 kVA 22 kVA 30 kVA 45 kVA 60 kVA 7,5 kVA 15 kVA 22 kVA 30 kVA 45 kVA 2,5 kVA 5 kVA Tensión red Fases 380 V III + N III 220 V I+N Imáx. por fase 11,4 A 22,8 A 33,5 A 45,5 A 68,5 A 91,2 A 19,7 A 39,4 A 58 A 78,7 A 118,5 A 11,4 A 22,8 A La primordial ventaja de los reguladores estabilizadores en cabecera de línea sobre los balastos serie tipo inductivo de doble nivel de potencia, es la estabilización de la tensión de alimentación, tanto en el nivel máximo de plena potencia, como en el nivel reducido o segundo nivel. Esta ventaja tiene importancia por cuanto al mantenerse estabilizada la tensión de alimentación en los dos niveles reducido y pleno, no se ocasiona un incremento de potencia en bombilla y, en consecuencia, no existe influencia sobre la vida de la bombilla que no se sobrecalienta, ni exceso de consumo energético por sobrepotencia. También cabe destacar la superioridad de los reguladores estabilizadores en cabecera de línea, respecto de los balastos electromagnéticos de doble nivel en instalaciones de alumbrado públicos existentes, por su implantación es relativamente fácil y sencilla sin que se precise una intervención, siempre costosa, en cada uno de los puntos de luz del alumbrado. Por el contrario, la reducción del valor instantáneo de la tensión de la red producida por el regulador estabilizador en cabecera de línea, unida al incremento de la tensión de arco de la bombilla debido a su envejecimiento, da lugar a un cierto recorte de la vida útil de las bombillas, evaluable en un 10 % aproximadamente, en consonancia con los resultados obtenidos en el referido laboratorio de ensayos. Ello impide se alcance el pretendido ahorro del 40 % (véase la Tabla C.1) durante el funcionamiento del nivel reducido. Por otra parte, cabe señalar la incompatibilidad, o cuando menos, el bajo aprovechamiento de los reguladores estabilizadores en cabecera de línea en aquellas instalaciones de alumbrado en las que se mezclan las bombillas de vapor de sodio y las de vapor de mercurio, ambas a alta presión. 129 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) El efecto reseñado de las dos acciones de incremento de la tensión de arco de la bombilla y de disminución del valor instantáneo de la tensión de la red, se acentúa o aumenta en aquellas bombillas más alejadas del equipo regulador estabilizador en cabecera de línea, debido a las caídas de tensión a lo largo de los conductores eléctricos que alimentan los puntos de luz de la instalación de alumbrado público. La precisión propia de cada equipo de regulación va a influir también en el ahorro energético, dado que si la tensión es inferior a 175 V podrían producirse apagados aleatorios de bombillas en la instalación de alumbrado público, y en el caso contrario de que dicha tensión sea superior a 175 V no se obtendría el ahorro energético óptimo previsto. C.2.3 Balastos electrónicos El balasto electrónico es un dispositivo compacto que realiza las funciones del equipo auxiliar y, por tanto, sustituye al balasto electromagnético, condensador y arrancador (en las bombillas de sodio a alta presión). Lleva incorporado los elementos necesarios para efectuar de forma autónoma y automática y, en consecuencia, sin necesidad de una línea auxiliar de mando, la reducción del flujo luminoso de la bombilla y la potencia en determinados períodos de funcionamiento del alumbrado (potencia reducida o segundo nivel), con el consiguiente ahorro energético. El balasto electrónico estabiliza la potencia en bombilla y, consecuentemente, el consumo en red tanto en funcionamiento a régimen reducido como a máxima potencia, frente a variaciones de tensión comprendidas entre 180 y 250 V. Como resultado, al estabilizar la potencia, mantiene la vida media de la bombilla. En todas las condiciones de funcionamiento (máxima potencia y nivel reducido), las pérdidas propias del balasto electrónico no superan el 4 % ó 5 % de la potencia eléctrica consumida en bombilla, lo cual resulta ventajosos frente al consumo real del equipo auxiliar (balasto electromagnético, condensador y arrancador) que oscila entre 9,3 y un 27,5% sobre la potencia nominal de la bombilla. El balasto electrónico controla la intensidad de arranque de la bombilla, de forma que no se producen sobreintensidades durante el arranque en frío, y la corriente y potencia absorbida de la red crecen desde un valor reducido hasta el valor nominal, durante el período de estabilización térmica de la bombilla. Ventajas e inconvenientes Frente a los reguladores estabilizadores en cabecera de línea, los balastos electrónicos presentan, además de menores pérdidas propias por consumo del equipo auxiliar, cierta ventaja en el mantenimiento de la vida útil de las bombillas al no influir negativamente sobre la misma. En cambio, respecto a los reguladores estabilizadores en cabecera de línea en instalaciones de alumbrado existentes, la implantación de los balastos electrónicos tiene la desventaja de que precisan una intervención punto a punto de luz, lo que implica un coste económico a considerar, además de resultar, más sensibles a las tormentas metereológicas (rayos), elevadas temperaturas, perturbaciones eléctricas, etc. 130 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) ANEXO D (Informativo) EFECTO DE PARPADEO (FLICKER ) El efecto de parpadeoo (Flicker) es la impresión molesta e incómoda producida por las variaciones periódicas de la luminancia en el campo de visión. Tales sensaciones se experimentan cuando se conduce un vehículo a través de cambios periódicos espaciales de luminancia, como los producidos por las luminarias instaladas en las paredes, techos de los túneles y vías cuando existe una separación inadecuada entre las mismas, con una elevada velocidad de cambio en la distribución de la intensidad luminosa. La incomodidad visual experimentada por el conductor debida al efecto Flicker depende fundamentalmente de los siguientes factores: - Número de cambios de la luminancia por segundo (frecuencia de parpadeo o Flicker). - Duración total del efecto Flicker. - Velocidad de cambio de claro a oscuro, en un solo ciclo. - Relación de pico-luz a valle-oscuridad, dentro de cada periodo (profundidad de modulación de luminancia). La influencia de los tres primeros puntos, dependen de la velocidad del vehículo y de la separación entre luminarias; el último punto depende también de las características fotométricas (distribución de la intensidad luminosa) e interdistancia entre luminarias. Cuando la distancia entre los extremos de las luminarias adyacentes es inferior a la longitud de una sola luminaria, el tercer punto relativo a la velocidad de cambio de claro a oscuro queda minimizado, y el parpadeo o efecto Flicker percibido resulta despreciable, debido a que la implantación de la instalación de alumbrado puede asimilarse a una línea continua. Para calcular la frecuencia Flicker, se divide la velocidad del tráfico en metros/segundo por la separación entre luminarias en metros. EJEMPLO v = 60 Km/h. = 16,6 m/s. Separación entre luminarias = 4 m. Frecuencia de parpadeo o Flicker = 16,6 / 4 = 4,2 Hz. Deben evitarse frecuencias de parpadeo o Flicker (variación de la luminancia), comprendidas entre 2,5 Hz. y 15 Hz. a la velocidad de circulación durante más de 20 segundos, dado que el efecto de parpadeo puede despreciarse para frecuencias por debajo de 2,5 Hz. y por encima de 15 Hz. 131 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) ANEXO E (Informativo) ASPECTOS GENERALES DE COMPONENTES DEL ALUMBRADO PÚBLICO Este anexo informativo presenta algunos aspectos generales no incluidos en las normas técnicas pero que pueden resultar de utilidad para los usuarios de esta norma. Ninguno de los aspectos pretender ser prescriptivo. E.1 BOMBILLAS Mercurio Bombillas alta intensidad de descarga Sodio Metal halide Características Generalidades - La luz es producida por un arco eléctrico que se establece entre dos electrodos principales dentro del tubo de descarga. - Deben ser operadas con un balasto, ya que éste es requerido para poder limitar la corriente y proporcionar tensiones adecuadas en condiciones de arranque y operación. - Las bombillas se conforman por dos bulbos, uno exterior a manera de cubierta hecha de vidrio y otro interior que es “el tubo de arco” o tubo de descarga. - El bulbo exterior sirve para proteger el tubo de arco contra el deterioro y la corrosión de la parte metálica interna de la bombilla. Particularidades Cromaticidad Denominación Los diversos fabricantes dan a éstas bombillas diferentes denominaciones: - Osram: - Osram: NAV (VIALOX) - Osram: HQL - Philips: - Sylvania : - Philips: - Sylvania : - General: HPL H en USA HSL en Europa HR - Tungsram: HgLI - Tungsram: - General: SON LU en USA SHP en Europa LU (LUCALOX) TCF (Claras) TCL (Fosforadas) - Philips: - Sylvania : HQI (Power Stars) HPI MS (Metalarc) - General: MV (Multivapor) - Tungsram: HgMIL En los catálogos estas bombillas se conocen como: - Metal Halide. - Bombillas de Yoduros. - Mercurio Halógeno. Luz blanca Luz amarilla Luz blanca La luz causada por ésta bombilla Pueden garantizar una Pueden garantizar una produce un espectro discreto. reproducción de los colores en reproducción de los colores promedio de un 20 %. mayor al 65 %. Emisión visible de la banda amarilla, azul y verde, con ausencia de radiación roja. Pueden garantizar una reproducción de los colores en promedio de un 45 %. 132 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Mercurio NTC 900 (Tercera actualización) Bombillas alta intensidad de descarga Sodio Particularidades Metal halide Encendido Construcción Su fabricación convencional es del Se fabrican en versión Europea y Requieren para su correcto tipo Americano con bulbo exterior Americana con bulbos exteriores de funcionamiento de balasto, forma Tubular u Ovoide. de forma Ovoide. condensador y arrancador (opcional según la fabricación Requieren para su correcto Requieren para su correcto bombilla). Se fabrican en versión funcionamiento de balasto y funcionamiento de balasto, Europea y Americana con condensador. condensador y arrancador. bulbos exteriores de forma Tubular u Ovoide. Los balastos pueden ser del tipo Reactor o Autorregulado CWA. Tipos de bombillas: Bombillas Europeas: pueden utilizar el mismo balasto que el de las bombillas de mercurio o sodio dependiendo de la potencia; éstas requieren de un arrancador, cuyo pulso de arranque está directamente establecido por el fabricante de la bombilla. Bombillas Americanas: éstas no requieren de arrancador externo, cuando se operan con balastos del tipo CWA, sin embargo, la última tecnología demanda de arrancador. Posee electrodo de arranque No poseen un electrodo de Algunas poseen electrodo de localizado junto a uno de los arranque como las bombillas de arranque localizado junto a uno electrodos principales. mercurio, sino que necesitan de un de los electrodos principales. circuito electrónico especial para el El tiempo de encendido completo arranque de la bombilla. El final de la vida de la bombilla es de 4 a 5 minutos. se caracteriza por fallas en el El tiempo de encendido completo arranque, lo que es causado por es de 3 a 4 minutos. el deterioro de los electrodos a lo largo de las horas de vida. El tiempo de encendido completo es de 3 min. a 5 min. 133 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Vida Eficacia Bulbo exterior Mercurio Bombillas alta intensidad de descarga Sodio Metal halide Particularidades Posee recubrimiento en el bulbo Las bombillas estándar no Contiene una cantidad suficiente de exterior “vidrio” con una capa poseen capa fluorescente en el radiaciones de color rojo y por ello bulbo exterior. fluorescente. no es necesario el empleo de una capa fluorescente en el bulbo Ésta capa emite las radiaciones exterior. rojas que se suman a las del espectro del mercurio corrigiendo el color de la luz emitida. El recubrimiento permite alta fidelidad cromática. Eficacia promedio de 60 lúmenes por Eficacia promedio de 100 lúmenes Es la fuente de luz blanca de mayor vatio. por vatio. eficacia disponible hoy en día y excelente uniformidad durante su Las nuevas tecnologías han vida útil. incrementado la eficacia de éste tipo de bombillas. Presentan una eficacia entre 80 y 125 lúmenes por vatio. Vida promedio 24 000 h Vida promedio entre 24 000 h y Vida promedio entre 9 000 h y 15 32 000 h. 000 h. Apropiadas para la iluminación de parques y jardines por su reproducción fiable de los colores verdes. Utilización NTC 900 (Tercera actualización) Ampliamente utilizadas en la iluminación de alumbrado público (autopistas y vías de alto tráfico vehicular, zonas céntricas, peatonales y plazas). Estas bombillas son ideales para iluminación de interiores y exteriores, cuando se utilizan con proyectores. También se utilizan para iluminación Apropiadas para crear ambientes de estaciones de combustible, fríos como en estaciones de La luz emitida propicia un efecto escenarios deportivos de alta combustible y en plantas cálido en el ambiente. competencia que requieran de industriales donde no se requiera transmisión por televisión, fachadas reproducción de color, o en y en general, donde la importancia fachadas blancas. se centre en la correcta reproducción del color. En alumbrado público puede ser utilizada en iluminación de vías de la malla vial local (vías secundarias, barrios, etc.). 134 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Diferencias Depreciación Reencendido Posición Mercurio NTC 900 (Tercera actualización) Bombillas alta intensidad de descarga Sodio Particularidades Metal halide Adecuadas para operar en posición Adecuadas para operar en posición de Poseen restricción para la posición de funcionamiento universal. funcionamiento universal. de funcionamiento según la localización del electrodo de Pero si se instalan en posición No poseen ninguna restricción en la arranque. horizontal, la potencia, la emisión posición de funcionamiento. luminosa y la eficacia disminuyen ligeramente. Cuando se interrumpe la operación Cuando se interrumpe la operación Cuando se interrumpe la operación de de la bombilla, el reencendido no la bombilla demora la bombilla, el reencendido no será será inmediato. aproximadamente 1 min en inmediato, ya que necesita entre 15 reencenderse. min y 20 min para operar nuevamente. Se necesita de varios minutos para que la bombilla se enfrié, ya que la Las nuevas tecnologías prometen tensión de encendido se encuentra tiempos de reencendido de 2 min. por encima de la tensión de alimentación. La vida útil estimada es de 24 000 h, La útil de estimada es de 24 000 h. Cuando se varia la posición de esto significa que por lo menos el 50 % de Sin embargo, no se puede esperar operación para la cual fue fabricada, un lote de bombillas de mercurio están que todas las bombillas tengan esa la bombilla Metal Halide decrece su duración, ya que, entre otras cosas, emisión luminosa a través de la vida todavía operando a las 24 000 h. depende del ciclo de horas de de la bombilla y su potencia. Sin embargo, es antieconómico encendido por arranque. La depreciación del flujo luminoso esperar a las 24 000 h para cambiar la bombilla y peor aún sobrepasa Generalizando, se puede afirmar es adecuada cuando la bombilla que de un lote de bombillas de opera en largos periodos de éste límite. sodio, el 90 % de las bombillas encendido. La razón es sencilla: la bombilla que estarán operando a las 12 000 h La emisión del flujo luminoso continúa operando a las 24 000 h, lo hace emitiendo tan solo el 70 % de su Así mismo, el 75 % de las disminuye al 75 % del flujo inicial a flujo luminoso inicial en el mejor de los bombillas del lote estarán las 7 000 h, y al 65 % a las 14 000 h. casos, y a menos del 40 % de su flujo operando a las 18 000 h. inicial en el peor de los casos. La emisión del flujo luminoso A las 16 000 h llega a emitir solo el disminuye al 90 % del flujo 80 % de su flujo inicial. inicial a las 12 000 h, y al 70 % a las 24 000 h. Baja eficacia con respecto al sodio. Baja reproducción cromática de Con la operación de la bombilla en los colores. una posición incorrecta, la tensión El contenido de mercurio requiere de bombilla y los lúmenes emitidos decrecen sensiblemente. de un manejo especial para su disposición final, con el fin de garantizar los aspectos de Se recomienda su utilización de protección del medio ambiente. manera exclusiva en luminarias con cubierta o refractor, para garantizar que el bulbo de la bombilla esté libre de huellas de dedos para su correcto desempeño. Otras: - Alto costo de inversión mantenimiento. - Menor vida. - No son intercambiables. 135 y NORMA TÉCNICA COLOMBIANA E.2 NTC 900 (Tercera actualización) BALASTOS ELECTROMAGNÉTICOS PARA HID E.2.1 Definición Las Bombillas de Alta Intensidad de Descarga (H.I.D.) poseen características de ”resistencia negativa”; por lo tanto, se deben operar de forma conjunta con un DISPOSITIVO LIMITADOR DE CORRIENTE o balasto, para mantener la corriente que circula por la bombilla dentro de ciertos valores que garanticen su funcionamiento adecuado y duradero. in Tensión de red [50 60Hz] Balasto 120....127V 208...220...240...277V 440...480V vn Wn Φn Bombilla E.2.2 Clasificación Los balastos electromagnéticos comercialmente más utilizados para bombillas de sodio alta presión, mercurio alta presión y halogenuros metálicos son: - Reactor Serie o Reactor (Reactor) - Autotransformador de alta reactancia (HX). - Autotransformador de potencia constante (CWA), comúnmente llamado autorregulado o “multitaps”. - Reactor Serie o Reactor (Reactor) Balasto reactor serie L1 L2 Capacitor Arrancador Bombilla - Este tipo de balasto se compone de una o más bobinas de alambre, devanadas sobre un núcleo de hierro laminado que conforma el circuito magnético. - Su conexión es en SERIE con la bombilla. - La tensión mínima para la cual se puede usar este tipo de balastos debe ser aproximadamente mayor o igual a 1,5 a 2,0 veces la tensión de operación nominal de la bombilla. 136 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Se adiciona un capacitor en paralelo con el conjunto balasto-bombilla SOLO para corregir el factor de potencia del conjunto (Cosδ ≥ 0.9). - Autotransformador de Alta Reactancia (HX) Balasto autotransformador de alta reactancia (HX) Arran. L1 Capa. L2 Bombilla - Este tipo de balasto se compone de dos bobinas de alambre, devanadas sobre dos ramales diferentes de un núcleo de hierro laminado que conforma el circuito magnético. - Su conexión es en PARALELO con la red y en SERIE con la bombilla. - La tensión mínima para la cual se puede usar este tipo de balastos NO está limitada por la tensión de operación de la bombilla. Se adiciona un Capacitor en paralelo con el Autotransformador para corregir el factor de potencia del conjunto (Cosδ ≥ 0.9). - Autotransformador de potencia constante (CWA Balasto autotransformador de potencia constante (CWA) Arran. L1 Capa. L2 Bombilla - Este tipo de balasto se compone de dos bobinas de alambre, devanadas sobre dos ramales diferentes de un núcleo de hierro laminado que conforma el circuito magnético. - Su conexión es en PARALELO con la red y en SERIE con la bombilla. - La tensión mínima para la cual se puede usar este tipo de balastos NO está limitada por la tensión de operación de la bombilla. 137 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Incorpora un capacitor en serie con la Inductancia, para lograr los efectos de regulación de potencia requeridos y corregir el factor de potencia (Cosδ ≥ 0.9). - Transformador de potencia constante (CW) Arran. L1 Capa. L2 Bombilla - Transformador Magnéticamente Regulado Balasto transformador de potencia constante (CW) Arran. L1 Capa. L2 Bombilla Característica Reactor HX CWA VRED mínimo 1,5...2,0 VBOMBILLA Indiferente Indiferente Regulación ±5%VRED ⇒ ≈±12 %WBOM *** ±10 %VRED ⇒ ≈±10 %WBOM Pérdidas Bajas W P *** Altas 1,3...1,7 W P Peso y Volumen Menor Mayor Mayor Costo Bajo Alto Alto+ E.2.3 Balastos Doble Potencia - Este tipo de balasto consta de dos IMPEDANCIAS alojadas sobre un mismo núcleo magnético. - La Impedancia de menor valor maneja la Bombilla para operación de Potencia Nominal, y la de mayor valor se utiliza para operación de Potencia Reducida. - Su conexión es en SERIE con la bombilla. - Para un cambio del flujo luminoso de la Bombilla del 100 %⇒45...55 %, se logra un cambio en la Potencia de entrada de la luminaria del 100 % ⇒ 58...65 %, obteniéndose un ahorro de energía entre el 42...35 %. 138 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA - NTC 900 (Tercera actualización) El mando para el cambio de potencia en el Balasto puede ser de Control con Línea de Mando o Control sin Línea de Mando. Control con línea de mando Control sin línea de mando conmutador nominal N Ignitor R L L1 L1 N Ignitor L2 R L L2 L2 conmutador nominal N Ignitor R L conmutador nominal L1 Û = 5,0 kV reducida Û = 5,0 kV N Ignitor L2 E.3 L1 reducida Û = 5,0 kV reducida Û = 5,0 kV conmutador nominal reloj R L L1 reducida L2 ARRANCADORES PARA HID E.3.1 DEFINICIÓN El Arrancador o Ignitor para bombillas H.I.D, es un elemento electrónico o electromecánico capaz de producir por sí mismo o en conjunto con el balasto, un impulso de tensión (0,75 ... 1,8 ... 2,5/2,8 ... 4,5/5,0 ... 10/60kV), de cierta duración y repetición, necesario solo para iniciar la descarga eléctrica en las bombillas de sodio alta presión y halogenuros metálicos. E.3.2 CLASIFICACIÓN Los arrancadores para bombillas de sodio alta presión y halogenuros Metálicos básicamente se dividen, de acuerdo a: 139 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA a) NTC 900 (Tercera actualización) su forma de conexión y modo de operación, en cuatro grupos: 1. Paralelo - Este tipo de arrancador produce el pulso de alta tensión por sí mismo; por lo tanto, NO requiere de una derivación especial en el balasto para cumplir con su función. - Su conexión es en PARALELO con la bombilla y debe hacerse lo más cerca a ella. - El balasto utilizado con este tipo de arrancador debe poseer un excelente aislamiento; ya que los pulsos generados están presentes en el devanado del balasto. Û Balasto L1 + 1 2 3 4 Ignitor Capacitor L2 Bombilla 2. Superposición o serie - Este tipo de arrancador produce el pulso de alta tensión por sí mismo; por lo tanto, NO requiere de una derivación especial en el balasto para cumplir con su función. - Su conexión es en SERIE con la bombilla y debe hacerse lo más cerca a ella, teniendo presente el no sobrepasar la Corriente Máxima que puede manejar internamente el arrancador. - El balasto utilizado con este tipo de arrancador no necesariamente debe poseer un excelente aislamiento; ya que los pulsos generados NO están presentes en su devanado. Û Balasto L1 1 2 3 4 Ignitor Capacitor L2 Bombilla 3.1 Tap “europeo” - Este tipo de arrancador produce el pulso de alta tensión en conjunto con el balasto; requiere de una derivación especial en él para cumplir con su función. - Su conexión es en SEMIPARALELO con la bombilla. - El balasto utilizado con este tipo de arrancador debe poseer un excelente aislamiento; ya que los pulsos generados están presentes en su devanado. - Este tipo de arrancador produce el pulso de alta tensión en conjunto con el balasto; requiere de una derivación especial en él para cumplir con su función. - Su conexión es en SEMIPARALELO con la bombilla. - El balasto utilizado con este tipo de arrancador debe poseer un excelente aislamiento; ya que los pulsos generados están presentes en su devanado. Û Balasto L1 1 2 3 4 Ignitor L2 Capacitor Bombilla Impulsador Semiparalelo tipo americano 3.2 Tap “americano” 3. IMPULSADOR Impulsador semiparalelo tipo europeo Û Balasto L1 1 2 3 4 Ignitor L2 Capacitor Bombilla Este tipo de arrancador va incorporado dentro de la bombilla; por lo tanto, NO requiere de una derivación especial en el balasto para cumplir con su función. 4. INCORPORADO Û Balasto L1 L2 1 2 -El arrancador incorporado es de construcción electromecánica. 3 4 Capacitor Bombilla 140 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA b) su Altura del pulso, en cuatro grupos: Primer grupo 0,60 ... 0,75 kV Segundo grupo 1,80 ... 2,50 kV Tercer grupo 2,50/2,80 ... 4,50/5,00 kV Cuarto grupo ≥10kV .... ≤60 kV E.4 NTC 900 (Tercera actualización) Arrancadores de encendido en frío Arrancadores de encendido en caliente FOTOCONTROLES PARA HID E.4.1 Definición Elemento Electromecánico o Electrónico capaz de sensar por sí mismo el nivel de iluminación de su alrededor y de acuerdo a él, hacer actuar su interruptor incorporado de tipo mecánico o electrónico (estado sólido), necesario para encender/apagar automáticamente sistemas de alumbrado. fotocontrol Lx in Wn Neutro Tensión de red [50 60Hz] 120....127V 208...220...240...277V 440...480V VA n Línea Carga vn Carga E.4.2 Clasificación Los Fotocontroles para sistemas de alumbrado con bombillas de Alta Intensidad de Descarga e Incandescente, se dividen de acuerdo a su modo de operación en tres grupos: Térmico mando bimetálico Carga calor Línea mov protección Neutro fotocelda - control 141 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA - NTC 900 (Tercera actualización) Electromagnético Rele de mando Carga Línea fotocelda mov protección Neutro control - Electrónico Rele de mando Carga Línea mov sensado protección Neutro control fototransistor 142 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Cuadro Comparativo Características Térmico Electromagnético Electrónico Costo Velocidad de respuesta Retardo al apagado "Delay" Sensibilidad (Ajuste) medio rápido bajo Dependiendo de la Tensión de Red Relación ON/OFF Pérdidas Interruptor bajo lento alto Dependiendo de la T° ambiente y tensión de Red 1 :3...5 altas Bimetálico térmico Sensor Fototransistor Fototransistor medio rápido ajustable Independiente de la T° ambiente y Tensión de Red 1 : 1,2...3 bajas Relay DC ó Semiconductor ó Fototransistor 1:3 medias Relay AC Rango tensión [50/60HZ)] Tensiones Nominales (±10 %) [50/60Hz] Color 1) 2) 102...305Vac 120/208/220/230/240/277Vac Azul Fail ON N.C. 185...305Vac 208/220/230/240/277Vac Verde Rojo oscuro 105...Vac 120Vac 420...530Vac 480Vac Fail OFF Fail ON Fail ON Fail On Fail OFF Fail ON N.C. N.C. N.C. N.O N.C. N.C Gris Naranja Amarillo 1) Condición del contacto eléctrico entre el pin LINE y el pín LOAD, para la situación de falla del fotocontrol; Fail OFF →contacto abierto, Fail ON →contado cerrado 2) Condición del contacto eléctrico entre el pin LINE y el pint LOAD, para la situación de ausencia de luz (Noche); N.O.→contacto abierto, N.C.→contacto cerrado E.4.3 Fotocontroles Temporizados Son Fotocontroles que pueden programarse, desde fábrica, para que realicen un ciclo de operación ON-OFF-ON ó ON-OFF de la luminaria durante la noche. Es decir, una vez encendida la luminaria (p.e. 6 pm) ella permanecerá encendida por un tiempo T1 (p.e. 5 h, hasta las 11 pm) y luego se apagará por un tiempo T2 (p.e. 6 h, hasta las 5 am del siguiente día), luego del cual nuevamente se encenderá hasta que el nivel de luz del ambiente haga actuar el Fotocontrol (p.e. hasta las 6 am). E.5 CONDENSADORES ELÉCTRICOS PARA USO EN CORRIENTE ALTERNA DEFINICIÓN Es un dispositivo eléctrico o electrónico que almacena cargas eléctricas. Por principio físico se opone a los cambios bruscos de tensión y permite los cambios bruscos de corriente. En la mayoría de las aplicaciones contribuye a un mayor aprovechamiento de la energía. 143 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO v d q +q -q Q ∆ .q i ∆ .v E=V E a) Circuito b) Símbolo Figura E.1. Capacitor CARGA ACUMULADA = Q (Coulomb) TENSIÓN APLICADA = V (Voltio) CAPACITANCIA C=Q/V UNIDADES COMERCIALES DE CAPACITANCIA µF (1x10e-6), nF (1x10e-9), pF (1x10e-12) CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS - Capacitancia (µF) y Tolerancia (%) - Tensión Nominal (VAC) - Frecuencia (Hz) - Temperatura Máxima de Funcionamiento (°C) - Factor de Disipación ó Tan δ CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO NORMAS APLICABLES: NTC 2134-1: Requisitos de funcionamiento NTC 2134-2: Requisitos generales y de seguridad Cálculo de corriente y potencia en el condensador: 144 c) Características q x v NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) V máx. 0 T/2 T V mín. ONDA SENOIDAL F(t)=Vmáx * Sen(t) T = Periodo f = Frecuencia f = 1 / T (Hz) Tensión Eficaz: Vrms (V) = Vmax / SQR(2) Cálculo de Corriente: Irms (A) = 2 * π * f * C * Vrms Potencia (VAR) = Irms * Vrms 145 3T/2 2T NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 900 (Tercera actualización) Corrección del factor de potencia Qi ϕ Q P Qc Q Potencia Reactiva Qi: Potencia Reactiva Inicial Qc: Potencia Reactiva corregida por el condensador Qf: Potencia Reactiva resultante después de la corrección P Potencia Activa Circuito típico de aplicación Balasto L Condensador L Bombilla 146
0
Anuncio
Documentos relacionados
Descargar
Anuncio
Añadir este documento a la recogida (s)
Puede agregar este documento a su colección de estudio (s)
Iniciar sesión Disponible sólo para usuarios autorizadosAñadir a este documento guardado
Puede agregar este documento a su lista guardada
Iniciar sesión Disponible sólo para usuarios autorizados