Cálculo de Alumbrado Exterior

El cálculo de alumbrado exterior es una disciplina que se encarga de determinar la distribución y cantidad de luz necesaria en espacios abiertos, como carreteras, calles, plazas, parques o estacionamientos.

Su objetivo principal es garantizar la seguridad, el confort visual y la eficiencia energética en estas áreas.

Existen normativas nacionales e internacionales que establecen los requisitos mínimos de iluminación para diferentes tipos de vías y espacios exteriores.

Las fuentes luminosas utilizadas en alumbrado exterior han evolucionado significativamente en los últimos años. Las tecnologías LED ofrecen numerosas ventajas en términos de eficiencia energética, vida útil y control.

La efectividad de un sistema de iluminación exterior está estrechamente ligada a las condiciones ambientales del entorno.

La contaminación lumínica, la humedad y las variaciones de temperatura son factores que pueden modificar las condiciones de operación de un sistema de iluminación, por lo que deben ser evaluados durante el diseño y cálculo de la iluminación.

Para determinar los niveles de iluminación adecuados, utilizaremos el método fotométrico basado en el flujo luminoso. Este método de cálculo de alumbrado exterior, conocido como método de los lúmenes, es especialmente indicado para lograr una iluminación uniforme en carreteras, calles y otros espacios similares.

Para espacios más complejos, como plazas o parques que puedan presentar obstáculos y formas irregulares, se requieren herramientas de cálculo más sofisticadas. Hay otros procedimientos como el método de los puntos o la simulación por ordenador que permiten realizar análisis más detallados, aunque exceden los objetivos de este estudio.

Características del Alumbrado Exterior

Las instalaciones de alumbrado exterior deben cumplir con requisitos específicos debido a su exposición a condiciones ambientales adversas. Además, al ser algunos de sus componentes fácilmente accesibles, puede incrementarse el riesgo de manipulación no deseada o accidentes.

Estas características y requisitos están regulados en la ITC-BT-09 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT).

El alumbrado exterior cubre una amplia gama de aplicaciones que van desde la iluminación vial hasta la decoración de monumentos y zonas de recreo, además de usos industriales y artísticos. Para su correcta implementación, se suele diferenciar entre 2 tipos de áreas principales:

● Alumbrado de vías públicas: su función principal es garantizar la seguridad vial, permitiendo la circulación de vehículos y peatones de manera segura durante las horas de oscuridad. La distribución lumínica se centra en iluminar la calzada y los márgenes de la vía, evitando deslumbramientos a los conductores.

● Alumbrado de vías residenciales y peatonales: su función se centra en proporcionar una iluminación adecuada para la circulación de peatones, así como para crear ambientes seguros y agradables en zonas residenciales y espacios públicos. La distribución lumínica es más uniforme, iluminando tanto las zonas de paso como las áreas verdes y fachadas de los edificios.

Hay 2 factores a tener en cuenta en el cálculo de la iluminación exterior:

– Sistemas de encendido y apagado de las luces: son fundamentales para optimizar el consumo energético, cumplir con las regulaciones y prolongar la vida útil de nuestras instalaciones de alumbrado exterior.

– Sistemas de regulación de alumbrado: ajustan la intensidad de la luz según las necesidades, reduciendo el consumo energético. La normativa española exige reducir la iluminación en ciertas horas para instalaciones de más de 5 kW.

Alumbrado de Vías Públicas

El alumbrado exterior de vías públicas tiene como principal objetivo proporcionar una visibilidad adecuada a los conductores y peatones durante las horas nocturnas o en condiciones de baja visibilidad.

Este tipo de alumbrado se aplica en calles, avenidas, carreteras, autovías y autopistas. Su diseño debe garantizar tanto la seguridad vial como la eficiencia energética y la estética urbana.

El correcto diseño y cálculo del alumbrado exterior en vías públicas reduce los accidentes de tráfico y proporciona una mayor percepción de seguridad a los usuarios de la vía. Además, un alumbrado eficiente disminuye el riesgo de crímenes en las zonas urbanas.

Cálculos Teóricos del Alumbrado de Vías Públicas

Aunque hoy en día el uso de software especializado permite realizar los cálculos de manera automatizada, es fundamental que los diseñadores y técnicos tengan conocimiento de algunos conceptos básicos para garantizar que el proyecto de iluminación cumpla con los requisitos técnicos y normativos.

El cálculo teórico de alumbrado exterior se basa en determinar la cantidad de iluminancia E adecuada (medida en lux) que debe haber sobre la superficie de la calzada.

Además de garantizar una buena visibilidad, es importante evitar problemas como el deslumbramiento y la falta de uniformidad en la iluminación.

Iluminancia del Alumbrado de Vías Públicas

La iluminancia es uno de los parámetros más importantes en el diseño del alumbrado exterior. Esta se refiere a la cantidad de luz que incide sobre una superficie.

En el caso de las vías públicas, la iluminancia E en la calzada debe ser suficiente para que los conductores puedan percibir claramente los obstáculos, las señales de tráfico y otros vehículos a una distancia adecuada para reaccionar.

Los valores recomendados de iluminancia varían dependiendo del tipo de vía y el tráfico que soporta. En general, se recomiendan los siguientes niveles de iluminancia:

– Carreteras principales y autopistas: 20 a 35 lux.

– Calles urbanas: 10 a 20 lux.

– Zonas residenciales: 5 a 10 lux.

El deslumbramiento es un problema común en el alumbrado de vías públicas, especialmente en autopistas y zonas urbanas densamente iluminadas. El deslumbramiento directo se produce cuando la luz de una luminaria está dirigida directamente a los ojos de los conductores o peatones, afectando su visión.

Para evitarlo, se utilizan pantallas antideslumbramiento. También se puede ajustar el ángulo de las luminarias para que la luz no esté dirigida directamente hacia los usuarios de la vía.

La uniformidad de la iluminación se refiere a la relación entre la iluminancia mínima y la iluminancia media en la calzada. Una mala uniformidad puede crear zonas con sombras o áreas demasiado brillantes, afectando a la visibilidad.

El objetivo es lograr una iluminación lo más uniforme posible para evitar cambios bruscos en la percepción visual de los conductores y peatones.

Alumbrado de Vías Residenciales y Peatonales

El alumbrado de vías residenciales y peatonales no solo proporciona visibilidad y seguridad, sino que también cumple funciones estéticas y funcionales en la organización del espacio público.

Este tipo de iluminación se orienta a diversos objetivos como la iluminación de fachadas, monumentos, parques, zonas deportivas, anuncios publicitarios y otros entornos.

El cálculo de alumbrado exterior en estas áreas es altamente complejo. Requiere la colaboración de diseñadores, urbanistas, arquitectos e ingenieros para garantizar que las soluciones sean eficientes, seguras y estéticamente atractivas.

Objetivos del Alumbrado en Vías Residenciales y Peatonales

El alumbrado en estas áreas tiene varios propósitos que van más allá de la mera visibilidad nocturna. Algunos de los objetivos más importantes son:

● Mejorar la seguridad: una buena iluminación disuade de actos vandálicos y delictivos, ya que los delincuentes prefieren actuar en áreas mal iluminadas. La iluminación adecuada en parques, jardines y zonas de tránsito peatonal aumenta la percepción de seguridad, permitiendo a los residentes y visitantes moverse con confianza en las horas nocturnas.

● Vigilancia y control: una iluminación eficiente facilita la operación de cámaras de seguridad y otros dispositivos de monitoreo, mejorando el control sobre zonas residenciales y comerciales. Esta integración de iluminación y tecnología de seguridad hace que el entorno urbano sea más seguro tanto para los residentes como para los negocios.

● Estética y resaltado de elementos arquitectónicos: las luminarias se utilizan para destacar elementos arquitectónicos, históricos o artísticos, creando ambientes atractivos que invitan a los peatones a disfrutar del espacio público. En muchas ciudades, se utilizan sistemas de iluminación dinámica que cambian de color o intensidad según la ocasión. De esta manera, se logran efectos visuales que realzan el patrimonio cultural o eventos especiales.

● Guiado visual y organización del espacio: un diseño de iluminación bien planificado puede dirigir a las personas hacia rutas o espacios de interés, mejorando la funcionalidad del entorno urbano. Esto es especialmente relevante en áreas comerciales o turísticas, donde las luminarias pueden ayudar a crear ambientes acogedores, incentivando la actividad comercial y el turismo.

Consideraciones Técnicas en el Diseño de Alumbrado en Vías Residenciales y Peatonales

El cálculo de alumbrado exterior en vías residenciales y peatonales también debe seguir criterios técnicos que aseguren la eficiencia y seguridad. Algunos aspectos a considerar son:

● Evitar el deslumbramiento: uno de los errores más comunes en el diseño de alumbrado exterior es la colocación de luminarias que producen deslumbramiento a los peatones o conductores.

Para evitarlo, es esencial que las luminarias estén apantalladas, es decir, que tengan mecanismos que controlen la dispersión de la luz, evitando que esta se dirija directamente a los ojos de los usuarios.

● Controlar la luminancia: la luminancia es una medida de la cantidad de luz que emite una superficie, y su control es fundamental en la iluminación de vías peatonales y residenciales.

Esto es particularmente relevante en zonas donde la proximidad de las viviendas podría interferir con el descanso nocturno de los residentes.

Se puede controlar la luminancia aplicando varias técnicas y enfoques, como usar luminarias con ópticas específicas, ajustar el nivel adecuado de luz a las necesidades de las vías (mediante sistemas de regulación), instalar las luminarias a alturas adecuadas (entre 3 y 6 metros), usar luminarias con temperaturas de color cálidas (entre 2.700 K - 3.000 K), etc.

● Eficiencia energética y tecnología LED: las luminarias LED permiten un control más preciso sobre la dirección y el tono de la luz, además de reducir el consumo eléctrico, traduciéndose en un menor impacto ambiental y en ahorro de costes operativos a largo plazo.

Además, la capacidad de los LED para trabajar con sistemas de control inteligente permite ajustar los niveles de luz según la hora del día o la actividad en la zona, optimizando así el uso de la energía.

Sistemas de Encendido del Alumbrado Exterior

Los sistemas de encendido en las instalaciones de alumbrado exterior son esenciales para gestionar de manera eficiente el encendido y apagado de las luminarias, optimizando el consumo energético.

Estos sistemas son fundamentales para cumplir con las normativas actuales, como el Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior (RD 1890/2008, de 14 de noviembre).

Este reglamento establece la obligatoriedad de incluir mecanismos automáticos en todas las nuevas instalaciones de alumbrado exterior.

Interruptor Manual para Alumbrado Exterior

El método más sencillo de control es mediante un interruptor. La señal de encendido y apagado depende completamente de una acción manual por parte de una persona.

Aunque es fácil de implementar, este sistema es menos eficiente en términos de ahorro de energía, ya que depende de la intervención humana, lo que puede provocar olvidos o activaciones innecesarias.

Reloj Programable para Alumbrado Exterior

El uso de un reloj programable permite automatizar el encendido y apagado de las luminarias a una hora fija del día. El encendido y apagado se programa según las necesidades de la instalación.

Este sistema es más eficiente que el interruptor manual, pero puede resultar inflexible si las condiciones de luz cambian de manera estacional, como en los casos de variación de horas de luz solar a lo largo del año.

Reloj Astronómico para Alumbrado Exterior

El reloj astronómico es un dispositivo programable que ajusta automáticamente el encendido y apagado de las luminarias según la hora de salida y puesta del sol, teniendo en cuenta la ubicación geográfica de la instalación y la fecha del año.

Este sistema es más sofisticado que el reloj programable. Este reloj se ajusta de forma precisa a los cambios estacionales y a las variaciones diarias en la cantidad de luz natural.

Además, es una solución ideal para reducir el consumo energético, dado que el alumbrado solo se activa cuando realmente es necesario.

Célula Fotoeléctrica para Alumbrado Exterior

La célula fotoeléctrica es uno de los sistemas más fiables para controlar el encendido y apagado de las luminarias. Este dispositivo se activa o desactiva automáticamente en función de la cantidad de luz natural disponible.

Cuando la luz natural es insuficiente, como al anochecer o en días nublados, la célula activa las luminarias. Asimismo, las apaga cuando la luz es suficiente.

A pesar de su efectividad, requiere un mantenimiento regular. Factores como la acumulación de suciedad o el envejecimiento de los materiales pueden afectar a su funcionamiento.

Requisitos Normativos para el Encendido del Alumbrado Exterior

La normativa vigente en España establece la obligatoriedad de instalar sistemas de encendido automático en todas las instalaciones nuevas de alumbrado exterior. El objetivo es mejorar la eficiencia energética y reducir el consumo innecesario de electricidad.

El Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior (RD 1890/2008), regula los requisitos necesarios según la potencia de lámparas y equipos auxiliares de alumbrado:

● Instalaciones de alumbrado con potencia superior a 5 kW: deben incorporar un sistema de reloj astronómico o un sistema de encendido centralizado. Este tipo de instalación es común en áreas como grandes urbanizaciones, avenidas principales o zonas industriales.

● Instalaciones de alumbrado con potencia inferior o igual a 5 kW: se permite el uso de un sistema de fotocélulas que resulta más económico y sencillo de instalar. Estos sistemas son particularmente útiles en pequeñas instalaciones como plazas, parques locales o áreas residenciales de menor tamaño.

Sistemas de Regulación del Alumbrado Exterior

Los sistemas de regulación del alumbrado exterior optimizan el uso de la energía, ajustando la intensidad del flujo luminoso en función de las necesidades en cada momento.

Los sistemas de regulación permiten controlar la intensidad lumínica y ajustarla a las condiciones ambientales o a los requisitos específicos de cada zona.

Su implementación no solo contribuye al ahorro energético, sino que también prolonga la vida útil de las luminarias, reduce los costes operativos y mejora la sostenibilidad ambiental de las instalaciones.

Existen 2 enfoques principales para regular la aportación de flujo luminoso en las instalaciones de alumbrado exterior: regulación en cabecera y regulación mediante equipos auxiliares. Ambos métodos tienen sus ventajas y limitaciones, dependiendo del tipo de instalación, los requisitos del proyecto y el presupuesto disponible.

Regulador en Cabecera del Alumbrado Exterior

El regulador en cabecera es un sistema centralizado que controla la intensidad de las luminarias desde el punto de alimentación del circuito. Este dispositivo central ajusta la cantidad de energía suministrada a todas las luminarias conectadas a ese circuito.

La regulación en cabecera tiene las siguientes ventajas:

– Control centralizado: la regulación de la iluminación se lleva a cabo desde un único dispositivo que afecta a todas las luminarias del circuito.

– Coste reducido: es una solución económica debido a su instalación centralizada. No requiere de equipos de regulación en cada luminaria, disminuyendo los costes de implementación.

– Menor mantenimiento: al contar con menos componentes electrónicos distribuidos se disminuye la frecuencia de reparaciones y reemplazos.

La regulación en cabecera tiene los siguientes desventajas:

– Consumo energético innecesario: al no permitir una regulación individualizada de cada luminaria, puede llevar a un sobrecoste energético en zonas donde la iluminación no es necesaria o es excesiva. Esto es especialmente problemático en áreas con diferentes requisitos de iluminación.

– Mayor sensibilidad a fallos: un fallo en el equipo de regulación de cabecera puede afectar a toda la instalación.

El regulador en cabecera es ideal para instalaciones donde se requiere un nivel de iluminación uniforme en toda la instalación, como en carreteras o autopistas. En estas instalaciones el control individualizado de luminarias no es crítico y se busca un ahorro en la inversión inicial.

Regulador Mediante Equipos Auxiliares del Alumbrado Exterior

Cada luminaria o grupo de luminarias cuenta con su propio dispositivo de regulación, permitiendo ajustar la intensidad lumínica según las necesidades específicas de cada área.

La regulación con equipos auxiliares tiene las siguientes ventajas:

– Control individualizado: cada luminaria puede regularse de forma independiente, adaptando la cantidad de luz emitida a las condiciones específicas de la zona. Es muy útil en áreas donde la demanda de iluminación varía, como en parques, zonas residenciales o vías peatonales.

– Ahorro energético optimizado: al permitir una regulación más precisa, se evitan excesos de iluminación, traduciéndose en un menor consumo de energía.

– Flexibilidad: el sistema puede ajustarse según la hora del día, la actividad en la zona o las condiciones meteorológicas, lo que maximiza su eficiencia.

Aunque también tiene las siguientes desventajas:

– Coste elevado: la instalación de equipos auxiliares en cada luminaria o grupo de luminarias incrementa el coste total del sistema.

– Mantenimiento: al contar con más componentes electrónicos distribuidos, el mantenimiento puede ser más complejo y caro, ya que cada equipo debe ser verificado y ajustado individualmente.

Regulación y Eficiencia Energética

La regulación del nivel de iluminación en exteriores no solo es una cuestión de eficiencia energética, sino también un requerimiento normativo. El Real Decreto 1890/2008, en su ITC-EA-04, regula las condiciones para lograr un uso eficiente de la energía en el alumbrado exterior.

– Potencia instalada superior a 5 kW: para instalaciones de alumbrado vial, ornamental o publicitario con una potencia instalada superior a 5 kW, se exige la implementación de sistemas de regulación que permitan reducir el nivel de iluminación durante ciertas horas de la noche.

– Reducción del 50%: los sistemas de regulación deben ser capaces de disminuir el flujo luminoso emitido hasta un 50% de su valor en condiciones normales, manteniendo la uniformidad de los niveles de iluminación. Este ajuste es esencial en periodos de baja actividad, como la madrugada, cuando se puede reducir el consumo energético sin comprometer la seguridad.

Para las nuevas instalaciones de alumbrado exterior, se recomienda el uso de relojes astronómicos, ya que permiten un mayor control y ajuste según la ubicación geográfica y la época del año.

Los relojes astronómicos pueden implementarse de manera centralizada o en cada luminaria de forma independiente. Se ajustan automáticamente según el amanecer, el atardecer y el cambio de estaciones.

Como principales inconvenientes, los relojes astronómicos carecen de flexibilidad en situaciones imprevistas, como días nublados o eventos específicos. Además, no permiten ajustes según el tráfico o la actividad en tiempo real.

Por ello, en ciudades o municipios con mayor capacidad económica, es recomendable la implementación de sistemas de telegestión del alumbrado.

Telegestión del Alumbrado Exterior

La telegestión del alumbrado exterior se basa en el control remoto y automatizado de las luminarias mediante sistemas digitales. Estos sistemas permiten no solo encender y apagar las luces, sino también regular su intensidad, programar horarios, monitorear el consumo de energía e incluso detectar fallos de funcionamiento de manera automática.

Con la telegestión del alumbrado, se mejora la capacidad de respuesta ante averías. También ante situaciones excepcionales, como condiciones meteorológicas adversas o eventos especiales que requieran ajustes en el alumbrado.

Mediante el uso de tecnologías de comunicación, como redes cableadas o inalámbricas, la telegestión permite regular las luminarias de manera individual o en grupo desde un centro de gestión o control.

La telegestión del alumbrado exterior se compone de diversos elementos tecnológicos que siguen el esquema de la siguiente figura. Todos estos elementos trabajan de manera conjunta para asegurar el control eficiente de las luminarias.

Luminarias con Capacidad de Regulación

Las luminarias utilizadas en sistemas de telegestión deben ser compatibles con la regulación de intensidad. Esto es común en luminarias LED, que permiten ajustar su nivel de brillo sin perder eficiencia.

Las lámparas LED están conectadas a los controladores de luminarias que regulan su funcionamiento. Recibirán del controlador las órdenes adecuadas para controlar el encendido, apagado y nivel de iluminación.

Como las lámparas LED funcionan con corriente continua, para poder alimentarlas directamente con corriente alterna, disponen internamente de un driver LED. Este dispositivo convierte la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua.

En las lámparas LED regulables, los drivers incluyen una capacidad de comunicación con los controladores de luminarias.

Esto les permite ajustar la intensidad de la luz (dimming) o incluso otras características como la temperatura de color. El driver recibe señales del controlador y las traduce en comandos para los LED.

La forma en la que el driver suele regular la luminosidad de la lámpara es mediante la técnica de la modulación por ancho de pulso (PWM). El driver modula la anchura de los pulsos de corriente continua de alimentación de los LED. Esto significa que la lámpara se enciende y apaga muy rápidamente, permitiendo ajustar la intensidad de la luz con gran precisión.

A altas frecuencias de conmutación, el parpadeo es imperceptible para el ojo humano. Además, al evitar la operación continua a máxima potencia, se prolonga la vida útil de los LED.

Controladores de las Luminarias

Los controladores son dispositivos electrónicos que se instalan en cada luminaria o en un grupo de ellas. Permiten controlar su encendido, apagado y nivel de intensidad.

Los controladores actúan como intermediarios, enlazando el cuadro central de mando con las lámparas LED. Reciben órdenes del cuadro central de mando a través de redes de comunicación y, a su vez, transmiten señales a los drivers LED de las lámparas para su funcionamiento.

En ocasiones se suele referir al controlador como balastro electrónico. Aunque el término “balastro” a menudo se refiere a dispositivos utilizados para lámparas fluorescentes y de descarga, el concepto se aplica aquí en el sentido de que el controlador actúa como un balastro electrónico para las lámparas LED.

Podemos instalar 2 tipos de controladores:

● Controladores independientes: se instalan en cada luminaria y permiten el control autónomo de cada unidad de luz.

Cada luminaria puede ser programada de manera individual, proporcionando un alto nivel de personalización en la gestión de la iluminación. Además, pueden ser más fáciles de instalar en ciertos casos, especialmente en aplicaciones pequeñas o donde la infraestructura existente no permite un control centralizado.

● Controladores de grupo: gestionan múltiples luminarias a la vez. Se instalan en un grupo de luminarias y permiten un control colectivo.

La instalación de un controlador por grupo puede ser más económica en comparación con instalar un controlador independiente para cada luminaria. Además, permiten que las luminarias trabajen en conjunto, siendo útil para crear efectos de iluminación específicos o para responder a situaciones de manera uniforme en áreas amplias.

Sistema de comunicación con las Luminarias

La comunicación entre los controladores de las luminarias y el cuadro central de mando se realiza a través de diversos tipos de redes. Entre las más comunes están:

● Redes inalámbricas: en este tipo de comunicación, se utilizan protocolos inalámbricos como Zigbee, LoRaWAN o Wi-Fi, que permiten una mayor flexibilidad en la instalación y una reducción de costes de cableado.

Esta opción es muy útil en áreas donde el tendido de cables es complicado o costoso, permitiendo conectar de forma sencilla y rápida las luminarias entre sí y con el cuadro central de mando.

● Redes por cable: también se puede optar por conexiones físicas utilizando cables Ethernet (TCP/IP) o RS-485, que proporcionan una conexión más estable y segura.

Algunos sistemas utilizan el mismo cable de alimentación eléctrica para enviar señales de control a las luminarias, conocido como PLC (Power Line Communication). Este sistema evita la necesidad de instalar una infraestructura de comunicaciones adicional.

Algunas instalaciones pueden utilizar protocolos específicos como DMX512 o DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Estos estándares de comunicación de sistemas de iluminación permiten controlar múltiples luminarias de forma coordinada.

Las conexiones por cable suelen ofrecer mayor confiabilidad y menor interferencia de señal, pudiendo ser fundamental en entornos urbanos densos donde la interferencia inalámbrica puede ser un problema.

Cuadro Central de Mando

El cuadro central de mando o módulo de control actúa como puente entre los controladores de las luminarias y el sistema de gestión centralizado. Este cuadro suele instalarse cerca de las luminarias.

Básicamente establece una conexión con las luminarias y con el sistema de gestión centralizado, transmitiendo y recibiendo datos. Recibe órdenes del sistema de gestión centralizado y las ejecuta en las luminarias, como encender, apagar, regular la intensidad o cambiar el color.

Algunos módulos de control integran funciones de automatización basadas en datos de sensores. Gracias a sensores de luz y movimiento, es posible implementar estrategias de iluminación adaptativa. Por ejemplo, el aumento de la intensidad en días nublados o la regulación automática de la iluminación en función de la ocupación de un espacio.

Las comunicaciones del cuadro central de mando se realizan de la siguiente manera:

● Comunicación con los controladores de las luminarias: pueden soportar diferentes protocolos de comunicación inalámbrica (Zigbee, LoRaWAN o Wi-Fi, etc.) o por cable (Ethernet, RS-485, PLC, etc).

● Comunicación con el sistema de gestión centralizado: esta comunicación debe cubrir distancias mayores. Por ello, se utilizan otras tecnologías de comunicación, como son:

– Redes celulares (3G, 4G, 5G): utilizan antenas de gran alcance para cubrir vastas áreas geográficas. Los módulos de control con conectividad celular pueden enviar datos directamente a la red móvil, que los enruta hacia el centro de gestión.

– Redes de área amplia (WAN): utilizan una combinación de tecnologías, como fibra óptica y conexiones de Internet, para conectar dispositivos a larga distancia. Los módulos de control pueden conectarse a una WAN a través de un proveedor de servicios de Internet (ISP).

Centro de Gestión

El centro de gestión, también conocido como plataforma de control, se puede considerar como el "cerebro" del sistema. Es responsable de procesar toda la información recibida de las luminarias y de emitir órdenes de control a estos dispositivos.

A continuación, se describen en detalle las características, funcionalidades y beneficios de este centro de gestión.

Funciones Principales del Centro de Gestión

– Recepción de datos: el centro de gestión recibe datos en tiempo real de las luminarias instaladas, incluyendo información sobre el estado de encendido/apagado, niveles de intensidad lumínica, fallos de funcionamiento y consumos energéticos.

– Procesamiento de información: una vez recibidos, los datos son analizados para evaluar el rendimiento del sistema de iluminación. Esto puede incluir la detección de anomalías, la evaluación del consumo energético y la identificación de patrones de uso, permitiendo a los operadores tomar decisiones adecuadas.

– Control y comando: el centro de gestión emite órdenes, directas o programadas, como el encendido y apagado, ajustes en la intensidad de la luz y respuesta a eventos específicos. También puede activar luminarias en función de la presencia de personas o de las condiciones ambientales (si se han instalado sensores de movimiento o de luz).

– Configuración y mantenimiento: los operadores pueden configurar las luminarias y establecer parámetros de funcionamiento desde el centro de gestión. Se pueden realizar acciones como la actualización de firmware y la programación de rutinas de mantenimiento preventivo.

Interfaz Gráfica y Software Especializado

El centro de gestión generalmente opera a través de una interfaz gráfica de usuario (GUI) intuitiva y fácil de usar. Este software especializado permite a los operadores realizar varias tareas de manera eficiente, tales como:

1º) Visualización del estado de las luminarias: los operadores pueden ver en tiempo real el estado de cada luminaria, su ubicación y cualquier fallo detectado, facilitando la identificación de problemas.

2º) Programación del funcionamiento: los operadores pueden establecer horarios para el funcionamiento de las luminarias y ajustar los niveles de iluminación según las necesidades del día o eventos especiales.

3º) Análisis de datos en tiempo real: esta función permite evaluar continuamente el rendimiento del sistema de iluminación, incluyendo el consumo energético, esencial para optimizar recursos y reducir costes.

4º) Informes y estadísticas: el software genera informes periódicos y estadísticas que ayudan a los operadores a comprender el rendimiento del sistema e identificar áreas de mejora para futuros proyectos de infraestructura.

Beneficios del Centro de Gestión

El sistema de telegestión del alumbrado exterior puede proporcionar varios beneficios, como:

– Ahorro energético: ajustar los niveles de iluminación según las necesidades reales permite un ahorro energético significativo. La telegestión facilita la reducción de la iluminación en horarios de baja actividad, favoreciendo la sostenibilidad ambiental.

– Mejora de la seguridad: una gestión eficiente del alumbrado público incrementa la seguridad en vías y espacios públicos. La posibilidad de aumentar la iluminación en áreas con alta afluencia o en emergencias es un gran beneficio.

– Mantenimiento proactivo: la detección temprana de fallos permite una respuesta rápida, minimizando el tiempo de inactividad y reduciendo los costes de mantenimiento.

– Flexibilidad y escalabilidad: las plataformas de control se adaptan a diferentes proyectos de iluminación, desde instalaciones pequeñas hasta grandes ciudades, permitiendo una fácil expansión o modificación.

– Interacción con otras infraestructuras: la telegestión se puede integrar con otros sistemas urbanos, como tráfico, vigilancia y gestión de residuos, mejorando la coordinación y eficiencia general de la ciudad.

Aunque la instalación de un sistema de telegestión de alumbrado requiere una inversión inicial considerable, se compensa a largo plazo con ahorros en energía y mantenimiento.

Por último, dado que el sistema está conectado a internet, se deben implementar medidas de seguridad adecuadas para proteger los datos y prevenir accesos no autorizados. Además, para maximizar el uso de la plataforma, el personal debería estar capacitado en el uso del software e interpretación de datos.

Niveles de Iluminación Recomendados en Vías Públicas

El tipo de vía es uno de los principales factores que influyen en la determinación de los niveles de iluminación. Las características del tráfico, el flujo de vehículos y el tipo de usuario (vehículos rápidos, lentos, peatones, ciclistas, etc.) afectan en las recomendaciones de los niveles de iluminación.

Niveles de Iluminancia y Luminancia en Vías Públicas

Los niveles de iluminancia y luminancia son magnitudes fundamentales en el diseño y cálculo de alumbrado exterior en vías públicas.

La iluminancia se define como el flujo luminoso incidente por unidad de superficie, y se expresa en lux (lx). La luminancia es la intensidad luminosa emitida por una superficie en una dirección determinada, y se expresa en candelas por metro cuadrado (cd/m²).

Existen diversas clasificaciones de vías públicas en función de sus características, y a cada tipo de vía se le asigna un nivel de iluminancia y luminancia recomendado.

Estos valores orientativos sirven como referencia para el diseño de la instalación de alumbrado. No obstante, pueden ajustarse en función de las condiciones particulares de cada proyecto.

Es importante considerar la capacidad de reflexión de las superficies cercanas, como el pavimento de la calzada, las aceras y las fachadas de los edificios adyacentes.

Los pavimentos con mayor reflectancia mejoran la distribución de la luz, mientras que los pavimentos oscuros pueden absorber más luz y requerir niveles de iluminación más altos.

Existen distintos tipos de vías públicas que requieren diferentes niveles de iluminación en función de su uso, velocidad del tráfico y densidad de vehículos. A continuación, se detallan las características de cada tipo de vía y los valores orientativos de iluminación recomendados:

Luminarias para Vías Públicas

Tradicionalmente, se han utilizado lámparas de vapor de sodio a baja y alta presión para el alumbrado público. Estas lámparas son conocidas por su alta eficiencia y larga vida útil.

No obstante, en los últimos años se ha producido una transición hacia las tecnologías LED, que ofrecen mayor eficiencia energética y mejor control de la distribución luminosa.

Las luminarias de flujo asimétrico son las más comunes en el alumbrado vial. Este tipo de luminaria concentra más luz sobre la calzada, asegurando una correcta visibilidad para los vehículos. Por el contrario, la cantidad de luz dirigida hacia las aceras es menor, reduciendo el deslumbramiento de los peatones y minimizando la contaminación lumínica.

La instalación de luminarias en vías públicas se puede realizar de diferentes maneras. Los 2 tipos de montaje más comunes son:

● Sobre postes o báculos: es el sistema de montaje más frecuente y se utiliza especialmente en vías de gran anchura.

Los postes están diseñados para elevar las luminarias a una altura adecuada, permitiendo una distribución óptima de la luz en toda la calzada.

Este tipo de montaje facilita el acceso para el mantenimiento de las luminarias y asegura una mayor visibilidad, tanto para vehículos como para peatones. La altura de los postes varía en función del flujo luminoso de las lámparas instaladas.

● Suspendidas sobre cables transversales: este sistema se utiliza en calles estrechas, donde los postes pueden obstaculizar el paso de vehículos o peatones.

Las luminarias se cuelgan de cables transversales que cruzan la calzada, evitando que se interrumpa el espacio disponible para el tráfico y proporcionando una iluminación efectiva sin obstrucciones.

Este método es especialmente útil en zonas urbanas con un diseño más denso y puede adaptarse a diferentes configuraciones de calle.

Altura de Montaje  de las Luminarias para Iluminación Vial

A mayor altura de montaje, la luz se distribuye en un área mayor, pero su intensidad disminuye conforme aumenta la distancia.

Para lograr una distribución uniforme de la luz en la superficie iluminada, la altura de montaje debe estar acorde al flujo luminoso de la lámpara. En definitiva, la luz debe cubrir adecuadamente el área sin dejar zonas oscuras o excesivamente iluminadas.

La siguiente tabla es un ejemplo orientativo de las alturas de montaje recomendadas en función del flujo luminoso Φ_L de las lámparas:

La elección correcta de la altura de montaje es fundamental para garantizar una distribución uniforme de la luz y evitar problemas como el deslumbramiento o la creación de zonas con poca iluminación.

Disposición de las Luminarias en Vías Públicas

Para lograr una buena iluminación, no solo es importante realizar cálculos técnicos precisos, sino también considerar aspectos cualitativos que orienten y adviertan a los usuarios sobre las características y el trazado de la vía.

La disposición de las luminarias juega un papel esencial en este proceso, ya que influye directamente en la percepción de la ruta, la reducción de deslumbramientos y la mejora de la visibilidad.

A continuación, se detallan las principales disposiciones de luminarias recomendadas para diferentes configuraciones de vías, tanto en tramos rectos con una única calzada como en tramos rectos con calzadas separadas por medianas.

Disposición de las Luminarias en Vías con una Única Calzada

Para tramos rectos de vías con una única calzada existen 4 disposiciones básicas: unilateral, bilateral tresbolillo, bilateral pareada y suspensión sobre cables transversales.

Disposición Unilateral

En esta disposición, las luminarias se colocan en un solo lado de la vía. Es adecuada para vías donde la anchura es relativamente pequeña y no hay espacio suficiente para una distribución bilateral.

Esta configuración es especialmente útil en carreteras de menor volumen de tráfico y donde el flujo de vehículos no es muy intenso.

La disposición unilateral requiere una menor cantidad de luminarias, simplificando la instalación y el mantenimiento, así como la reducción de costes asociados.

No obstante, puede generar sombras en el lado opuesto de la calzada o resultar en un deslumbramiento para los conductores que se aproximan desde la dirección opuesta.

Disposición Bilateral Tresbolillo

En este método, las luminarias se colocan de manera alterna a ambos lados de la vía, en un patrón escalonado o disposición en zigzag.

Esta disposición mejora la distribución de la luz sobre la calzada reduciendo la posibilidad de zonas oscuras. De esta manera, se incrementa la seguridad para los conductores y peatones.

No obstante, requiere más luminarias que la disposición unilateral, lo que puede aumentar los costes.

Disposición Bilateral Pareada

En esta configuración, las luminarias se colocan en ambos lados de la calzada en una disposición paralela.

Proporciona una iluminación uniforme y sin sombras, permitiendo una excelente visibilidad tanto para conductores como para peatones.

Como contrapartida, supone un mayor coste debido a la necesidad de más luminarias y postes.

Disposición Suspendida sobre Cables Transversales

Esta opción es menos común y se utiliza principalmente en calles muy estrechas. Las luminarias se cuelgan de cables transversales que cruzan la calzada.

Este tipo de montaje es ideal para evitar obstáculos en la calzada y puede ser útil en áreas con espacio limitado. Permite mantener la calzada despejada de obstáculos, siendo esencial en áreas con mucho tráfico.

No obstante, hay limitaciones en la cantidad de luz que se puede proporcionar con este sistema, especialmente en vías más anchas.

Relación Anchura de la Vía con Altura de Montaje de las Luminarias

La relación entre la anchura de la vía y la altura de montaje de las luminarias determina cómo se distribuye la luz sobre la calzada y las áreas circundantes. Afecta directamente a la uniformidad y eficiencia de la iluminación, así como a la seguridad de los conductores y peatones.

Mantener esta relación dentro de ciertos límites garantiza que la luz se distribuya de manera adecuada, evitando tanto zonas de exceso de luz (que pueden causar deslumbramiento) como áreas mal iluminadas.

Para cada una de las 4 disposiciones básicas anteriores, se recomiendan las siguientes relaciones entre la anchura A de la vía respecto a la altura H de montaje de las luminarias:

Disposición de las Luminarias en Vías con 2 ó más Calzadas Separadas por una Mediana

En vías con 2 o más calzadas separadas por una mediana, las opciones de disposición son más variadas. Las más comunes son: doble brazo, doble brazo y tresbolillo, y disposición independiente para cada calzada.

Disposición Doble Brazo

Si la mediana es estrecha se pueden colocar farolas de doble brazo, uno para cada calzada. Estas farolas dan una buena orientación visual y son más simples de instalar, aunque pueden limitar la versatilidad en la distribución de la luz.

Disposición Doble Brazo y Tresbolillo

Se combinan luminarias de doble brazo con la disposición en tresbolillo para obtener una iluminación más uniforme y evitar sombras.

Disposición Independiente en cada Calzada

Cada calzada se ilumina de forma independiente, utilizando las disposiciones descritas anteriormente para vías de una calzada. Esta solución es adecuada para vías muy anchas o con características muy diferentes en cada calzada.

En caso de utilizar iluminación unilateral en cada calzada, se recomienda la colocación de las luminarias en el lado opuesto a la mediana. Esta disposición genera un efecto visual que induce a los conductores a mantenerse en el carril derecho, mejorando así la seguridad vial.

Procedimiento de Cálculo de Alumbrado de Vías Públicas

Podemos recurrir a métodos numéricos muy precisos pero que requieren mucho tiempo para proceder al cálculo del alumbrado exterior.

No obstante, para obtener un resultado más rápido, aunque menos exacto, podemos utilizar el método de los lúmenes o del factor de utilización.

Este método, a través de un proceso iterativo sencillo, nos permite estimar la distancia adecuada entre las luminarias. Una vez obtenida esta primera aproximación, podemos refinar los cálculos empleando métodos numéricos más sofisticados.

A continuación, se describen los pasos a seguir para aplicar este método.

1º) Determinar el Nivel de Iluminancia Media

El nivel de iluminancia media E_m, expresado en lux, varía en función de una serie de factores interrelacionados, como las características del pavimento (por ejemplo, su reflectividad), la clasificación de la vía (urbana, interurbana, etc.), el volumen y la velocidad del tráfico.

Para determinar el nivel de iluminancia óptimo en cada caso, consultaremos los valores que se recomendaron en la tabla de niveles de iluminancia y luminancia en vías públicas, que se muestra a continuación:

2º) Escoger el Tipo de Lámpara y la Altura de Montaje

La elección de la fuente luminosa, ya sea una lámpara de vapor de sodio, tipo LED o cualquier otra tecnología, es un paso fundamental en el diseño y cálculo de una instalación de alumbrado exterior. También se ha de considerar la potencia P y el flujo luminoso Φ_L de la lámpara.

Además, se debe determinar la altura adecuada a la que se instalará la luminaria. Esta altura no puede exceder los límites establecidos para cada rango de flujo luminoso, según se indicó en la tabla de altura de montaje de las luminarias para iluminación vial, que se muestra a continuación:

3º) Elegir la Disposición de las Luminarias

Se elegirá entre las disposiciones básicas unilateral, bilateral tresbolillo, bilateral pareada o suspendida. La elección de una u otra disposición depende de la relación anchura A de la calzada y altura de montaje H de las luminarias.

Esta relación, expresada como un cociente A/H, determina la disposición óptima de las luminarias.

La relación A/H se indicó en la tabla de relación de la anchura de la vía con respecto a la altura de montaje de las luminarias, que se muestra a continuación:

4º) Calcular el Factor de Utilización o Rendimiento de la Iluminación

El factor de utilización, comúnmente representado por la letra η, es un parámetro que cuantifica la eficiencia con la que una luminaria dirige el flujo luminoso hacia la superficie de la vía (calzada y acera).

Los fabricantes de luminarias suministran curvas que permiten determinar el factor de utilización η en función de parámetros geométricos como la relación A/H.

En algunos casos, el fabricante suministra curvas del factor de utilización η en función del ángulo de incidencia de la luz γ.

Para obtener el factor de utilización total η de una sección de vía, se deben considerar por separado el factor de utilización η de la parte de la luz que ilumina la calzada y de la parte de la luz que ilumina la acera, operando con ellos posteriormente.

La línea vertical que pasa por el punto correspondiente a la posición de la luminaria marca el límite entre las zonas de acera y calzada, permitiendo identificar claramente los valores asociados a cada una.

No importa si la línea vertical de la luminaria está más cerca de la calzada o de la acera, lo que cuenta es que divide los 2 espacios. Todo lo que esté entre la línea vertical y la dirección hacia la acera es "lado acera", y todo lo que esté entre la línea vertical y la dirección hacia la calzada es "lado calzada".

En la siguiente figura la luminaria está sobre la calzada. En este caso, la anchura A es la suma de A1 y A2. Por tanto, los factores de utilización η₁ y η₂ deberán sumarse, siendo el factor η₁ hacia el lado de la calzada y el η₂ hacia el lado de la acera.

Dependiendo de la posición de la luminaria respecto al borde de la acera y de la anchura A que se considere, los factores de utilización η₁ y η₂, podrían tener que sumarse o incluso restarse.

A continuación se muestran ejemplos para 2 casos diferentes:

● Luminaria sobre el borde de la acera: A₁ está el lado de la calzada y A₂ no existe. Solo se considera η₁ hacia el lado de la calzada.

● Luminaria sobre la acera: A₁ y A₂ están el lado de la calzada. Para obtener la anchura A se ha de realizar la resta A1 - A2, por lo que los factores de utilización η₁ y η₂ deberán restarse. Ambos factores η₁ y η₂ son hacia el lado de la calzada.

5º) Determinar el Factor de Mantenimiento o Conservación

El factor de mantenimiento f_m es un parámetro que nos indica la disminución del flujo luminoso de una luminaria a lo largo de su vida útil. Esta disminución se debe a diversos factores, como el envejecimiento de la lámpara y el ensuciamiento de la luminaria debido a las condiciones ambientales.

Determinar con precisión el valor de f_m puede resultar complejo, por lo que se recomienda utilizar valores conservadores, como 0,7 u 0,8, para garantizar que la iluminación siempre cumpla con los niveles requeridos.

Nos puede servir de guía la siguiente tabla:

6º) Calcular la Separación entre Luminarias

Una vez que tenemos fijados los valores de factor de utilización η, factor de mantenimiento f_m, flujo luminoso de una lámpara Φ_L, iluminancia media deseada E para el tipo de vía y la superficie S a iluminar, realizaremos el cálculo para determinar la distancia d entre luminarias.

El flujo útil Φ_U que realmente llega a la superficie que queremos iluminar se calcula multiplicando la iluminancia deseada E por el área de la superficie S = A · d:

El rendimiento total (η · f_m) relaciona el flujo útil Φ_U con el flujo luminoso total de la lámpara Φ_L:

Si sustituimos el valor del flujo útil Φ_U en la fórmula anterior y despejamos la distancia d, se obtiene:

La anchura A a considerar en nuestros cálculos no es un valor fijo, sino que variará según la disposición de las luminarias, de acuerdo a la siguiente tabla:

7º) Comprobar el Resultado

Una vez realizado el cálculo de la separación d entre luminarias, se ha de verificar si el resultado obtenido se encuentra dentro de los límites establecidos.

En la siguiente tabla se proporciona la relación entre la separación/altura d/H y algunos valores de la iluminancia media E_m deseada.

Tras la comprobación, nos podremos encontrar con 2 opciones:

● Valor d/H calculado ajustado a los rangos recomendados: podemos considerar que el diseño de la iluminación es adecuado.

● Valor d/H calculado no ajustado a los rangos recomendados: en este caso, será necesario modificar el flujo luminoso de las lámparas Φ_L, y repetir el proceso:

– Si el valor calculado d/H está por encima del rango recomendado (↑d/H), la separación d entre las luminarias es demasiado alta en relación a la altura H de montaje. Habrá que juntar las luminarias, es decir, disminuir d. Esto se consigue disminuyendo el flujo luminoso de las lámparas: a menor flujo de lámparas menor distancia deberá existir entre lámparas.

– Si el valor calculado d/H está por debajo del rango recomendado (↓d/H), la separación d entre las luminarias es baja en relación a la altura H de montaje. En este caso, habrá que separar las luminarias, es decir, aumentar d. Esto se consigue incrementando el flujo luminoso de las lámparas: a mayor flujo de lámparas mayor distancia deberá existir entre lámparas.

Ejercicios Resueltos de Cálculo de Alumbrado Exterior

A continuación, se presentan 8 ejercicios resueltos sobre cálculo de alumbrado en instalación exterior.

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