Iluminación global de un túnel con tecnología LED

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 51)

Diego Antón Gamazo; Carandini

Actualmente, el mercado avanza sin freno, pero con control, hacia la tecnología led. Esta tecnología no solo ha conseguido alcanzar en paquete lumínicos a las altas potencias de descarga, sino que además permite control total de las instalaciones. Con todo esto, esta tecnología está desbancando las lámparas de vapor de sodio de alta presión en todo su rango.

Tanto es así que dicha tecnología ya es perfectamente competitiva en la iluminación de túneles. Por eso, en este artículo, se analiza un túnel con sus parámetros del proyecto original y las diferentes soluciones con tecnología LED aplicadas con el proyector TMAX de CARANDINI.

Este proyector, dada su versatilidad respecto a ópticas, paquetes lumínicos y regulación, permite optimizar y ahorrar energía en todas las zonas del túnel, desde la zona con mayor carga energética (UMBRALES) hasta la zona con menor carga pero con gran consumo (24 horas x 365 días al año) que es el alumbrado NOCTURNO/PERMANENTE.

Datos y parámetros del proyecto original

Características constructivas

El túnel ejemplo seleccionado está ubicado en España y fue iluminado por Carandini. Se compone de dos túneles paralelos unidireccionales con los siguientes datos:

Longitudes

TUBO 1→ 264 mts.

TUBO 2→ 264 mts.

Velocidad máxima de tráfico: 80 km/h
Sección tipo formada por calzada de 3 carriles con anchura total de 10.5 m (3.5 x 3 carriles), acera de 1.64 m + arcén 2.5 m lado derecho, acera de 0.75 m + arcén 1 m lado izquierdo.
Pavimento asfáltico tipo R3 Q0 = 0.07
Altura en eje: 8.50 m
Trazado: recto, circulación por tres carriles de una sola dirección.
Intensidad de tráfico – alta
Trafico motorizado: < 15%
Porcentaje de cielo: 0% – 5%
Dirección: Este – Oeste

Datos lumínicos (considerándose válidos para la versión LED)

Aplicando la norma CIE.88-2004, los niveles de alumbrado quedan definidos con el siguiente criterio en función de la L20 exterior y la k:

Zona umbral – 125 cd/m2

Zona transición – 50 cd/m2

Zona nocturno – 2.5 cd/m2

Con las siguientes uniformidades:

Uniformidad longitudinal: 0.60

Uniformidad global: 0.40

Curva CIE de adaptación del ojo humano

Esta curva de adaptación marca el límite inferior del nivel de iluminación en cada zona o tramo del túnel.

De acuerdo a esta curva, los niveles quedan definidos de la siguiente manera.

En todos los tramos de estos túneles, la instalación de los aparatos fue bilateral oposición, con una inclinación de 45º para los proyectores de 400W y bilateral al tresbolillo con 55º de inclinación para los proyectores de 250W (Alumbrado nocturno). Su altura de instalación será de 5.5 m, sensiblemente superior al gálibo, con una interdistancia entre proyectores de 25 m en el alumbrado permanente – nocturno (250W VSAP).

Con la siguiente medición:

Zona umbral – PHR-404/D 400W VSAP (CONSUMO TOTAL DE 435 W) – 152 unidades

Zona transición – PHR-404/D 400W VSAP (CONSUMO TOTAL DE 435 W) – 47 unidades

Zona nocturno – PHR-404/D 250W VSAP (CONSUMO TOTAL DE 275 W) – 22 unidades

Para este analisis se estiman las siguientes horas de funcionamiento, en función de la climatología, tipo de encendido, etc.

Zona umbral – ENCENDIDO DIURNO (REFUERZO) – 4.380 horas al año, de la cuales se estima que la mitad de los días es nublado y por tanto solo hay encendidos la mitad de los aparatos

PHR-404/D 400W VSAP – 76 unidades x 4.380 horas x 435W – diurno soleado

PHR-404/D 400W VSAP – 76 unidades x 2.190 horas x 435W – diurno nublado

Consumo total umbral – 217.204 MWhora

Zona transición – ENCENDIDO DIURNO (REFUERZO) – 4.380 horas al año, de la cuales se estima que la mitad de los días es nublado y pero con 2/3 encendidos en modo nublado.

PHR-404/D 400W VSAP – 31 unidades x 4.380 horas x 435W – diurno soleado

PHR-404/D 400W VSAP – 16 unidades x 2.190 horas x 435W – diurno nublado

Consumo total transición – 74.307 MWhora

Zona nocturno – ENCENDIDO PERMANENTE (DIA Y NOCHE) – 8.760 horas al año,

PHR-404/D 250W VSAP – 22 unidades x 8.760 horas x 275W

Consumo total nocturno – 52.998 MWhora

Soluciones con T-MAX

A continuación se presentan dos casos o soluciones posibles para la renovación del alumbrado en este tipo de túnel

CASO 1: solución mixta led/VSAP. Solo una renovación del alumbrado permanente o nocturno.

CASO 2: solución integral con tecnología LED. Renovacion de todo el alumbrado adecuando la potencia y numero de luminarias a cada zona dentro del túnel para tener en mejor confort visual a lo largo de todo el recorrido.

Antes de pasar al análisis de los diferentes casos, cabe destacar, que además del análisis lumínico y de consumos individuales habría que tener otros parámetros para valorar globalmente la magnitud del cambio de tecnología.

Estos otros parámetros tienen diferente peso en función del tipo de túnel

Túnel antiguo

En un túnel antiguo, dado que ya tiene una instalación (a nivel de cable, bandeja) se buscará una sustitución directa o similar (ahorrar algún punto de luz). Además el ahorro vendrá marcado por la disminución de potencia contratada y el mantenimiento/reposición de lámparas y equipos.

En este caso la luminaria TMAX permite una adaptación extrema en todas las zonas del túnel debido a las 9 diferentes ópticas con sus 8 paquetes lumínicos (6.000 lum – 40.000 lum salientes de luminaria)

Túnel de nueva ejecución

En este caso, habría que introducir en la ecuación todas las variables, además del ahorro en consumo de los protectores, habría que valorar el ahorro en cable, bandeja, resto de la instalación, potencia contratada y el mantenimiento/reposición de lámparas y equipos.

En este caso la luminaria TMAX además de adaptarse óptica y lumínicamente (paquete luminco), permite realizar un control total de la instalación con drivers tipo DALI o 1-10V.

CASO 1: solución mixta led/VSAP. Solo una renovación del alumbrado permanente o nocturno

Se buscaría mediante un ajuste de potencia mantener la ubicación actual de los proyectores del alumbrado nocturno, generando un ahorro unitario y potenciando mantener o aumentar niveles y uniformidades

Solución empleada – TMX.L124.L1L5 (Reducción de consumo de 275W A 110W).

Zona nocturno – Infografía

El resultado obtenido respecto a la solución de descarga es el siguiente:

Todos los valores aumentan (niveles y uniformidades), mientras que el consumo se reduce considerablemente.

El consumo generado por esta solución pasa a ser:

TMX.L124.L1L5 (110W) – 22 unidades x 8.760 horas x 110W

Consumo total nocturno – 21.199 MWhora (Frente a los 52.998 MWhora de descarga)

Ahorro de energía anual de 31.80 MWhora (60% del consumo del alumbrado permanente de la instalación)

Ahorro potencia de la instalación de 3.630 KW (60% de la potencia de la instalación)

Para un precio de entre 0,16€/KWh Y 0,12€/KWh se produce una amortización de la inversión entre 1,38 ó 1,84 años.

CASO 2: solución integral con tecnología LED. Renovación de todo el alumbrado adecuando la potencia y número de luminarias a cada zona dentro del túnel para tener en mejor confort visual a lo largo de todo el recorrido

La idea de esta solución es poder emplear toda la versatilidad del TMAX, combinando los diferentes paquetes lumínicos y potencias para mantener niveles de luminancia y mejorar uniformidades a los largo de todo el túnel y en cualquier franja horaria.

Nocturno

Solución empleada – TMX.L124.L1L5 (Reducción de consumo de 275W A 110W)

Ajuste de potencias para mantener la implantación existente y así asegurar niveles de luminancia y elevar las uniformidades en la medida de lo posible

Zona nocturno – Infografía

Zona umbral

Solución empleada – TMX.L404.L1L5 (Reducción de consumo de 435W A 353W además de reducir número de proyectores).

Con la versión de mayor potencia, se busca reducir también el número de proyectores en esta zona debido a que esta reducción no afectará a las uniformidades por la alta concentración de proyectores

Zona umbral 1 – Infografía

Además el número de unidades en esta zona pasa de 152 en la versión descarga a 122 en la versión LED.

Zona transición

Solución empleada – TMX.L314.L1L5 (Reducción de consumo de 435W A 294W).

Al revés que en la zona umbral, en este caso se busca mantener la misma disposición de aparatos (similar al alumbrado nocturno) ajustando el nivel lumínico y reduciendo potencia, asegurando la mejora de las uniformidades globales y longitudinales.

El número de unidades en este caso no varía (47 unidades en ambos casos)

Los consumos quedan de la siguiente forma.

NOCTURNO.

TMX.L124.L1L5 (110W) – 22 unidades x 8.760 horas x 110W

Consumo total nocturno – 21.199 MWhora (Frente a los 52.998 MWhora de descarga)

Ahorro anual de 31.799 MWhora (60% de ahorro respecto al consumo de descarga)

Zona umbral – ENCENDIDO DIURNO (REFUERZO) – 4.380 horas al año, de la cuales se estima que la mitad de los días es nublado y por tanto solo hay encendidos la mitad de los aparatos

TMX.L404.L1L5 (353W) – 61 unidades x 4.380 horas x 435W – diurno soleado

TMX.L404.L1L5 (353W) – 61 unidades x 2.190 horas x 435W – diurno nublado

Consumo total umbral – 141.472 MWhora (Frente a los 217.204 MWhora de descarga)

Ahorro anual de 75.732 MWhora (35% de ahorro respecto al consumo de descarga)

Zona transición – ENCENDIDO DIURNO (REFUERZO) – 4.380 horas al año, de la cuales se estima que la mitad de los días es nublado y pero con 2/3 encendidos en modo nublado.

TMX.L314.L1L5 (294W) – 31 unidades x 4.380 horas x 435W – diurno soleado

TMX.L314.L1L5 (294W) – 16 unidades x 2.190 horas x 435W – diurno nublado

Consumo total umbral – 50.221 MWhora (Frente a los 74.307 MWhora de descarga)

AHORRO ANUAL DE 24.085 MWhora (32% de ahorro respecto al consumo de descarga)

AHORRO DE UN 60% EN CONSUMO EL ALUMBRADO NOCTURNO, UN 35% EN LA ZONA UMBRAL Y UN 32% EN LA ZONA DE TRANSICION

AHORRO DE ENERGÍA ANUAL DE 131.62 MWhora (38.20% del consumo de la instalación)

AHORRO DE POTENCIA DE LA INSTALACIÓN DE 33.331 KW (35.97% de la potencia de la instalación).

PARA UN PRECIO DE ENTRE 0,16€/KWh Y 0,12€/KWh SE PRODUCE UNA AMORTIZACIÓN DE LA INVERSIÓN ENTRE 5,71 ó 7,61 AÑOS.

Análisis con regulación sectorizada en las diferentes zonas

A continuación se presenta un ajuste más fino valorando la regulación de los equipos punto a punto (en las zonas con alta densidad de proyectores la regulación se establece modularmente cada 12,5 metros).

El fin de este control es seguir ahorrando en los consumos todo lo que sea posible.

La organización queda de la siguiente manera para un alumbrado diurno soleado.

UMBRAL 1 – 96 unidades

80 unidades al 100%
16 unidades al 90% – 565 W DE AHORRO

AHORRO TOTAL DE 565 W

UMBRAL 2 – 26 unidades

7 unidades al 100%
6 unidades al 83% – 360 W DE AHORRO
6 unidades al 65% – 741 W DE AHORRO
7 unidades al 48% – 1283 W DE AHORRO

AHORRO TOTAL DE 2384 W

TRANSICION 1 – 32 unidades

4 unidades al 100%
4 unidades al 93% – 83 W DE AHORRO
4 unidades al 85% – 176 W DE AHORRO
4 unidades al 77% – 270 W DE AHORRO
4 unidades al 69% – 364 W DE AHORRO
4 unidades al 61% – 459 W DE AHORRO
4 unidades al 53% – 553 W DE AHORRO
4 unidades al 45% – 647 W DE AHORRO

AHORRO TOTAL DE 2552 W

TRANSICION 2 – 12 unidades

3 unidades al 100%
3 unidades al 85% – 132 W DE AHORRO
3 unidades al 69% – 273 W DE AHORRO
3 unidades al 53% – 415 W DE AHORRO

AHORRO TOTAL DE 820 W

La transición 3 y el alumbrado nocturno no cambian en este aspecto.

El resumen de resultados es el siguiente:

Con este ajuste se consigue ahorrar más de un 10% sobre el consume inicial y de 7 puntos aproximadamente sobre la solución sencilla de led (sin regulación ni control).