trabajo final ure

IMPACTO

DE LA DE

TECNOLOGA LED EN EL ALUMBRADO PERIMETRAL LA UNIVERSIDAD NACIONAL SEDE BOGOT

JEFFERSON PARRA CAPERA MARA VICTORIA DAZ MERCHN

INGENIERO ALEXANDER GMEZ MEJA

Jefferson Parra Mara Victoria Daz

UNIVERSIDAD NACIONAL USO RACIONALDE

DE

COLOMBIA

LA ENERGA

DICIEMBRE 2011

T ABLA

DE

C ONTENIDO

Tabla de Ilustraciones..................................................................................4 Tabla de Tablas............................................................................................5

CAPTULO I_______________________________________________________61.1 Planteamiento del Problema...................................................................6 1.2 Justificacin de la Investigacin..............................................................7 1.3 Objetivo General ....................................................................................8 2.1 Marco Terico .......................................................................................9 2.2 Alumbrado Pblico..................................................................................9 2.3 Fuentes de Iluminacin.........................................................................10 2.4 LED (Diodo Emisor de Luz)...................................................................14 2.5 Estructura del LED................................................................................15 2.6 Drivers - LEDS.......................................................................................15 2.7 RETILAP.................................................................................................16 2.8 USO RACIONAL Y EFICIENTE DE ENERGA EN ILUINACIN....................17

CAPTULO III: ___________________________________________________182.1 Metodologa de la Investigacin...........................................................18 2

Jefferson Parra Mara Victoria Daz 2.2 Datos Obtenidos...................................................................................19 2.2.1Muestreo Luminarias UN.................................................................19 2.2.2Consumo de Energa Elctrica UN...................................................31 2.2.3Costos Luminarias Utilizadas en la Actualidad UN .........................34 2.2.4Costos Luminarias Nuevas Tecnologas...........................................35 2.3 Comparacin Tcnico-Econmico.........................................................37 2.3.1Comparacin Tcnica......................................................................37 2.3.2Comparacin Econmica.................................................................37 2.4 Resultados............................................................................................37

CAPTULO IV: BIBLIOGRAFA_____________________________________38

3


T ABLA

DE

I LUSTRACIONES

Ilustracin 1.Trayectoria de las Diferentes Fuentes de Iluminacin con Respecto a la Tendencia de su Eficacia. [5]_________________11 Ilustracin 2.Proyeccin de la Eficacia de los LED a 2020 [4]_____13 Ilustracin 3.Estructura del LED_________________________________15 Ilustracin 4.Croquis Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogot__________________________________________________________20 Ilustracin 5.Zona 1, dentro del Anillo Vial UN___________________21 Ilustracin 6.Zona 2 Anillo vial UN_______________________________22 Ilustracin 7.Zona 3, Costado Nororiental de la UN______________23 Ilustracin 8.Zona 4 Costado Sur UN____________________________24 Ilustracin 9.Alumbrado Zona 1, Parqueadero C&T ______________24 Ilustracin 10.Levantamiento Alumbrado Perimetral UN_________27 Ilustracin 11.Alumbrado Perimetral, Zona 1 Baha Plaza CHE___28 Ilustracin 12.Toma de Medidas Alumbrado Perimetral Facultad de Ingeniera____________________________________________________29 Ilustracin 13.Alumbrado Perimetral Zona 1 (centro) UN________29 Ilustracin 14.Luminarias tipo LED, Frente del Observatorio UN_ _30 Ilustracin 15.Luminarias Tipo LED, Parqueadero C&T (Facultad de Ingeniera)______________________________________________________314


Ilustracin 16.Fotos Luminarias Calima I y Calima II_____________34 Ilustracin 17.Foto Luminaria Schrder AMETISTA_______________35 Ilustracin 18.Luminaria CLARO LED ES_________________________36 Ilustracin 19.Luminaria PIANO-LED-ES__________________________36 Ilustracin 20.Ejemplo Iluminacin con Luminaria LED Claro 1___37

T ABLA

DE

T ABLAS

Tabla 1Resumen de Luminarias [5]______________________________14 Tabla 2Clasificacin de Vas_____________________________________17 Tabla 3Requisitos de Iluminancia para los Diferentes Tipos de Va _________________________________________________________________17 Tabla 4Resumen Cantidad Luminarias por Zona_________________24 Tabla 5Levantamiento de Alumbrado Perimetral_________________25 Tabla 6Levantamiento Alumbrado Perimetral (continuacin)_____27 Tabla 7Datos Luminarias Tipo LED, Frente Observatorio UN_____30 Tabla 8Datos Luminarias Tipo LED, Parqueadero C&T (Facultad de Ingeniera)______________________________________________________31 Tabla 9 Costos de Energa de la Universidad Nacional por Mes_ _32 _ Tabla 10Costo de Energa por Alumbrado Perimetral Universidad Nacional _______________________________________________________335


Tabla 11 Cantidad de kWh por mes y cantidad de Watios________34 Tabla 12Lista de Precios elementos alumbrado Pblico (Perimetral)_____________________________________________________35

IMPACTO

DE LA EN

TECNOLOGA LED EN EL ALUMBRADO PERIMETRAL LA UNIVERSIDAD NACIONAL SEDE BOGOT

CAPTULO I1.1 P L A NT E A M I E N T ODEL

PROBLEMA

El desarrollo mundial se ha producido paralelo al aumento de la contaminacin y el deterioro del medio ambiente. La sustraccin de la materia prima para fabricacin de los diversos elementos, y la generacin de la energa elctrica, entre otras actividades realizadas por el hombre para su desarrollo, son las principales causas de este deterioro. Si el nivel de crecimiento contina en forma exponencial como hasta el momento, no se tendrn los recursos necesarios y mucho menos las condiciones climticas para subsistir. Por ello se ha venido hablando de la importancia de preservar el medio ambiente, tratando de reducir al mximo las consecuencias que se derivan de este desarrollo. Entre los acuerdos internacionales donde se habla de la preservacin o mejoramiento del medio ambiente, se encuentra el Tratado de Kioto, el cual busca la reduccin de las emisiones de seis (6) de los gases que causan el calentamiento global. Aunque principalmente va dirigido a los pases industrializados, Colombia se encuentra participando por medio de Mecanismos de Desarrollo Libre (MDL), ya que los efectos tambin se ven reflejados en el cambio climtico del pas [1]. 6

Jefferson Parra Mara Victoria Daz Asimismo en Colombia se ha venido trabajando en el Programa de Uso Racional y Eficiente de Fuentes NO Convencionales en Colombia PROURE, un programa nacional donde se constituye como uno de los mecanismos de mayor impacto e importancia que permite asegurar el abastecimiento energtico, la competitividad de la economa nacional, la proteccin del consumidor, la proteccin del medio ambiente y la promocin de las fuentes energticas no convencionales como un asunto de inters social, pblico y de conveniencia nacional, de acuerdo con lo establecido en la ley [2]. Este programa previsto a implementarse entre el 2015 y el 2020, divide su plan de accin en cuatro (4) sectores; 1) Residencial, 2) Industrial, 3) Transporte, 4) Comercial, Pblico y Servicios. A su vez determina tambin los parmetros a Nivel Nacional, como resumen de los resultados obtenidos por sector. Si bien los sectores en los que se espera un mayor resultado son el Residencial1 y el Industrial2, el Comercial, Pblico y de Servicios, en el que se va a basar este documento, es de importancia ya que con las nuevas reglamentaciones del RETILAP y la implementacin de nuevo tipo de tecnologas, tambin contribuyen a cumplir la metas establecidas por el PROURE. El uso de nuevas tecnologas en Alumbrado de interiores es la tendencia con ms acogida por los resultados que se han obtenido. Sin embargo en Alumbrado Pblico an se tienen reservas por las inversiones iniciales, entre otros efectos de tipo lumnico que se encuentran en estudio en la actualidad. Por ello este documento trata el Impacto de la Tecnologa LED en el Alumbrado Perimetral en la Universidad Nacional sede Bogot, como una pequea representacin del consumo que se tiene, en miras de poder llevar este estudio a escenarios mayores que permitan una aproximacin mucho mejor al problema planteado.

1.2 J U S T I F I C AC I N

DE LA

INVESTIGACIN

A nivel mundial el ALUMBRADO PBLICO consume alrededor de 218 TWh [3], aproximadamente el 8% del consumo de energa elctrica usado en iluminacin. Esta energa tiene un costo del orden de 18.7 billones de dlares a nivel mundial [3], de los cuales el 79% representa el costo de la1 2

Potencial de ahorro de energa a 2015 del 10.6 % [2] Potencial de ahorro de energa a 2015 del 5.3 % [2] 7

Jefferson Parra Mara Victoria Daz energa, y el resto mantenimiento. corresponde a la infraestructura, instalacin y

En Bogot el alumbrado pblico consume alrededor de 210 GWh [3], que representa el 3,5 % de la energa elctrica en la ciudad (5945 GWh) [3], lo que equivaldra a ms de 733 billones de pesos al ao. Este costo no es tan lejano en la Universidad Nacional, ya que su valor representa aproximadamente el 3% del consumo en energa de la misma. Aunque la energa del campus universitario es de mercado no regulado (mayorista)4, el costo que se paga por el alumbrado perimetral, no se diferencia como en un mercado regulado, tal y como es el del sector residencial de Bogot. Por lo anterior se espera que con el estudio realizado en esta institucin se presenten los impactos de la aplicacin de nuevas tecnologas implementadas en Campus, teniendo en cuenta la antigedad de la infraestructura, el tipo de mercado de energa al que pertenece, reglamentaciones, entre otras consideraciones relevantes para este estudio. Es importante resaltar que el tema del avance en nuevas tecnologas de bajo consumo, es aplicado principalmente en pases con un alto desarrollo tecnolgico como China, Estados Unidos, Alemania, Finlandia, Francia y Japn, entre otros. Por lo que la reglamentacin actual a nivel nacional no es cubierta el 100% en este tipo de alumbrado.

1.3 O B J E T I V O G E N E R A LRealizar un anlisis comparativo del impacto que se tendra al instalar luminarias con tecnologa LED, en el campus de la Universidad Nacional, sede Bogot. A partir de los datos obtenidos, tanto del levantamiento del alumbrado perimetral, como de la informacin existente sobre el mantenimiento y operacin del mismo. Este tipo de impacto se analizar a nivel tcnico; teniendo en cuenta los requerimientos del RETILAP, y nivel econmico enfocado al planteamiento del PROURE.

CAPTULO II:Precio al 2011 El proveedor en la actualidad es la Distribuidora y Comercializadora de Energa Elctrica S.A. E.S.P. - DICEL S.A. (Dato obtenido de Seccin de Administracin y Control de Espacios Universidad Nacional Sede Bogot)3 4

8


2.1 M A RC O T E R IC ODesde la creacin de la primera bombilla por Thomas Alba Edison hasta nuestros das, la iluminacin ha evolucionado a pasos agigantados para atender las necesidades en diferentes lugares y condiciones [3]. Esta evolucin ha ido de la mano con los avances que se tienen en la fsica de materiales. La primera en aparecer fue la bombilla que emita luz a travs del calentamiento de un filamento; luego aparecieron las bombillas de descarga en gas, que generan radiacin en el espectro visible usando un arco controlado en un medio gaseoso ya sea de mercurio, sodio o halogenuros metlicos; posteriormente, surgen las bombillas de induccin, que a travs de una corriente inducida excitan los tomos de mercurio al interior de la bombilla, generando radiacin UV que se transforma en radiacin en el rango visible usando fsforo amarillo; y actualmente, con la fsica de semiconductores al servicio de la iluminacin, aparecen las tecnologas de diodos LED, OLED, plasma, etc. El tema abordado para este trabajo, fue la determinacin del impacto tanto de la calidad de potencia como econmico que tienen las luminarias de tradicionales usadas en el alumbrado pblico en la Universidad Nacional comparada con el impacto que tendra la tecnologa LEDs. Pese a que la tecnologa LED se est implementando en muchos pases, patrocinado por sus gobiernos, pues ven un excelente beneficio econmico, localmente no se detectan seales inmediatas de inversin por parte del gobierno o los operadores de red para renovar el parque lumnico con nuevas tecnologas. Sin embargo, la academia ve como una realidad de futuro el uso masivo de estas tecnologas, y ha venido desarrollando proyectos de investigacin para determinar el impacto de estas tecnologas.

2.2 A L U M B R A D O P BL I C OLa principal funcin del alumbrado pblico es iluminar lugares de libre circulacin, como vas pblicas, parques, reas oscuras (tneles) etc. Lo anterior permite el desarrollo de actividades nocturnas dentro del permetro urbano y rural, cumpliendo con niveles aceptables de seguridad y confort, tanto para conductores como peatones. Entre otros aspectos que han aumentado la funcionalidad del este servicio, se encuentran el disminuir los ndices de criminalidad, mejorar la economa de las ciudades, facilitar la 9

Jefferson Parra Mara Victoria Daz orientacin, mejorar las condiciones en la seguridad tanto en el trfico como en lo social, entre otras. Segn el RETILAP, los sistemas de alumbrado pblico deben atender a los siguientes requisitos: Requisitos del Sistema Elctrico Alto Factor de Potencia Sistemas de alta eficiencia Sistemas de proteccin Sistema en conformidad de estndares de EMC-EMI Regulacin de corriente

Requisitos pticos Temperatura de Color apropiada Ausencia de deslumbramiento Ausencia del efecto estroboscpico Iluminacin de reas especficasDE

2.3 F U E N T E S

ILUMINACIN

Existen dos tipos de fuentes de luz: natural y artificial. La fuente de luz natural son las que producen luz propia y se encuentran en la naturaleza, como el Sol, el fuego y algunos insectos como las lucirnagas, y las fuentes luminosas artificiales son las fabricadas por el hombre, la cual convierten energa elctrica en energa electromagntica. Las fuentes de luz artificial que se usan actualmente en los proyectos de alumbrado pblico son bombillas de descarga en sodio de alta presin, y bombillas de descarga en halogenuros metlicos. Existen cinco familias de lmparas de descarga: 1. 2. 3. 4. 5. Lmparas Lmparas Lmparas Lmparas Lmparas de de de de de baja presin de mercurio baja presin de sodio alta presin de mercurio alta presin de sodio halogenuros metlicos

10

Jefferson Parra Mara Victoria Daz A parte de las lmparas de descargas, tambin existe otro tipo de tecnologa que ha llegado al mercado y han tenido gran acogida gracias a la eficiencia luminosa. En la grfica que se presenta a continuacin, se ve el comportamiento de las diferentes fuentes de iluminacin en el tiempo:

Ilustracin 1.

Trayectoria de las Diferentes Fuentes de Iluminacin con Respecto a la Tendencia de su Eficacia. [5]

Dnde: LPS: Sodio baja presin HPS: Sodio alta presin PL: Plasma MH: Halogenuro metlico FT: Fluorescente tubular BFC: Fluorescente compacta CP: Halogenuro miniaturizado VM: Vapor de mercurio LPI: Induccin OLED: LED a base de materia orgnica LED: Diodo emisor de luz HINC: Incandescente halgena INC: Incandescente convencional

Las bombillas de sodio muestran mayor eficacia, por ejemplo, la bombilla LPS resulta ser muy eficiente, pero podra llegar a ser menos eficiente para AP (Alumbrado Pblico) e iluminacin comercial, debido a su gran tamao el 11

Jefferson Parra Mara Victoria Daz cual es mayor a 30 cm y con una reproduccin de color menor al 20%; la bombilla HPS es otra tecnologa que se usa bastante en AP y que ha tenido mejoras en su eficacia. Adems han incrementado su reproduccin de color, llegando a ser de 65%. La nuevas tecnologas como la bombilla de plasma (PL) que est en etapa de crecimiento, tiene una buena reproduccin de color el cual es mayor al 79%, una vida til de 30000 horas comparable con la tecnologa de sodio, y pese a que su eficacia muestra una tendencia de aumento, tiene el inconveniente de que los accesorios elctricos la hacen menos eficiente, junto con su parte ptica y el costo inicial. Esta tecnologa podra llegar a ser muy eficiente en el tiempo. La bombilla de induccin muestra una tendencia a la mejora de su eficacia en poco tiempo comparada con las de alta eficacia, pues su eficacia aumentara casi el doble. Las tecnologas poco eficientes como las incandescentes (INC) e incandescente halgena (HINC) son poco utilizadas debido a los decretos y resoluciones que prohben el uso de fuentes con eficacias de este orden. En el caso de las bombillas de mercurio baja presin, el RETILAP las ha restringiendo en aplicaciones como alumbrado pblico. Su restriccin se ha debido al alto contenido de mercurio que tiene, el cual es nocivo para la salud y el medio ambiente. La tecnologa LED muestra que la eficiencia crece con una mayor pendiente en los ltimos aos, lo cual, llevando poco tiempo ha demostrado ser una fuente de iluminacin en crecimiento rpido y continuo. En la figura 2 se puede observar una proyeccin de esta tecnologa en los prximos 10 aos.

12


Ilustracin 2.

Proyeccin de la Eficacia de los LED a 20205 [4]

La tecnologa LED va a tener un gran crecimiento gracias a la alta eficacia que se tiene proyectada, tal y como se muestra en la Figura 2, siendo demostrado en luminarias utilizadas en interiores y exteriores. El resumen de las luminarias existentes, junto con sus caractersticas se muestran en la tabla a continuacin: Plasm Parmetros a LED OLE Inducci Halogenuro Sodio Halgen Miniaturiza Mejora D n a do do70 3

Temperatura 4300 de 7000 color (K) Frecuencia de 2450M operacin (Hz) Necesita Kit Si Elctrico Aplicacin (Int. O Ext.) Tamao (cm)

+ Int. Ext. 2

T ABLA 1 R ESUMEN

En la tabla 1 se realiza un anlisis comparativo de las diferentes caractersticas de las luminarias existentes hasta el da de hoy. Esta tabla deja explcito que se debe tomar en consideracin la alternativa de profundizar en tecnologas tradicionales (Sodio) ya que presenta ventajas similares a las nuevas tecnologas (LED).

2.4 LED (D I O D O E M I S O R

DE

LUZ)

Los LEDs (light-emitting diode) son diodos semiconductores que emiten luz, estos se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha ms frecuencia en iluminacin. Son considerados cargas no lineales. El LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz, por tal razn, para obtener una buena intensidad luminosa se debe escoger bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda daar. Entre las ventajas que tienen los diodos LED est su bajo consumo de energa, mantenimiento casi nulo y una vida aproximada de 100,000 horas. En general, los LED suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operacin de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto ms grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos). Los LED pueden ser representados por una fuente constante de tensin, con variaciones eventuales a causa de los cambios en la temperatura de unin del diodo. La cada de tensin en el diodo est relacionada con la fuerza 14

Jefferson Parra Mara Victoria Daz necesaria que deben tener los electrones para atravesar la barrera en el semiconductor. De esta forma al tener un incremento en la temperatura debida a la disipacin de potencia en el LED, se tendr un incremento en la temperatura que har que la fuerza necesaria de los electrones para vencer la barrera en el semiconductor sea menor, y por ende la cada de tensin disminuya.

2.5 E S T RU C T U R A

DEL

LED

Ilustracin 3.

Estructura del LED

2.6 D R I V E R S - LEDSDado que los LEDs empleados para iluminacin de propsito general son de alta potencia, y que la disipacin de potencia tiene efectos sobre la tensin y sobre la corriente del LED, no es posible controlar LEDs a partir de fuentes lineales. Para controlar los LEDs es necesario emplear controladores regulados, cuyas desventajas son la eficiencia, el costo y problemas de compatibilidad electromagntica [6]. En pro de garantizar el mximo desempeo ptico de los LEDs, los drivers deben considerar las caractersticas pticas, trmicas y elctricas del LED. Es deseable que el driver tenga las siguientes caractersticas: Bajo consumo de potencia Alimentar al LED a travs de pulsos de corriente Los drivers de LEDs suelen ser fuentes constantes de corriente. Se presentan en diferentes topologas, tales como los convertidores buck, boost, buckboost, SEPIC, Fly-back, entre otras. La que se utiliza con mayor frecuencia 15

Jefferson Parra Mara Victoria Daz en aplicaciones de iluminacin interior y exterior es la topologa Fly-back con algunas variaciones. Consideraciones econmicas de un proyecto de iluminacin LED Al considerar los costos de energa y operacin, el tiempo estimado para recuperar la inversin de un proyecto de iluminacin LED para alumbrado pblico es entre 6 y 8 aos. Esto es acorde con un estudio realizado en la ciudad de Raleigh (Carolina del Norte - USA). [7]

2.7 RETILAPEl reglamento tcnico de iluminacin y alumbrado pblico (RETILAP), establece los requerimientos para proyectos de iluminacin y alumbrado pblico, detallando los valores mnimos para los indicadores de desempeo de acuerdo con la aplicacin. Para las fuentes de luz como la bombilla de alta intensidad de descarga en sodio de alta presin, induccin y LED, el RETILAP establece lo siguiente: Alta intensidad de descarga en sodio de alta presin Vida til promedio mayor a 24000 h, eficacias mnimas de 100 lm/W para potencia de 150W. LED No se establecen requerimientos mnimos de funcionamiento. En el RETILAP tambin se establecen requerimientos para los balastos y/o drivers empleados para el funcionamiento de las bombillas, los cuales son: Factor de potencia mayor a 0,9 Factor de cresta en la forma de onda de corriente, para las bombillas de alta intensidad de descarga en sodio de alta presin, menor a 1,8. Eficiencia mnima de 85% y 92% para los balastos electromagnticos y electrnico, respectivamente. Distorsin armnica en corriente menor al 32% a tensin de lnea nominal Los criterios establecidos por el RETILAP, en materia lumnica para los proyectos evaluados. 16

Jefferson Parra Mara Victoria Daz Clase de iluminaci n M1 M2 M3 M4 M5 Velocidad de circulacin V (km/h) V > 80 60 < V < 80 30 < V < 60 V < 30 Al pasoDE

Descripcin de la va Autopistas y carreteras Vas de acceso controlado y vas rpidas Vas principales y ejes viales Vas primarias o colectores Vas secundarias

Trnsito de Vehculos T(Vehc./h) T > 1000 500 < T < 1000 250 < T < 500 100 < T < 250 T < 100 Factor de uniformidad [ %] Emin/Eprom 34 25 18DE

T ABLA 2 C LASIFICACIN

V AS

Luminancia promedio (Mnimo Clase de mantenido) segn superficie de la iluminacin va [lx] R1 R2 y R3 R4 M3 M4 M5 12 8 6T ABLA 3 R EQUISITOSDE

17 12 9I LUMINANCIAPARA LOS

15 10 8D IFERENTES T IPOS

V A

2.8 USO RACIONAL Y EFICIENTE DE ENERGA EN ILUINACINEl RETILAP tiene un artculo que en donde est el Uso Racional y eficiente de energa en iluminacin lo cual dice: Todos los proyectos de iluminacin y alumbrado pblico deben incorporar y aplicar conceptos de uso racional y eficiente de energa, para conseguir una iluminacin eficiente sin desatender las demandas visuales, los conceptos que se deben aplicar son los siguientes: Para el caso de Alumbrado Exterior y Pblico a) Utilizar luminarias para alumbrado pblico con fotometras que le permitan hacer diseos con una mayor interdistancia y menor altura de montaje

17

Jefferson Parra Mara Victoria Daz b) Instalar luminarias con el ms bajo flujo hemisfrico superior (FHS) posible c) Usar conjuntos pticos con el mejor factor de utilizacin y la mejor eficacia lumnica d) Usar equipos para el conjunto elctrico con bajas dimerizables o que permitan la reduccin de potencia perdidas,

e) Elegir correctamente los ngulos de apertura para los proyectores f) Seguir las recomendaciones sobre posiciones de instalacin de proyectores g) Usar controles temporizados para proyectores

CAPTULO III:2.1 M ET O D O L O G ADE LA

I N V E S T I G AC I N

La metodologa para el desarrollo de este documento, se basa principalmente en la obtencin de los datos del alumbrado perimetral del campus universitario, a partir de un levantamiento realizado, ya que no se cuenta con esta informacin. Adems, obteniendo precios de mantenimiento, energa consumida y de suministros, se pueda llegar a aproximar los costos actuales que se tiene por el servicio del Alumbrado Perimetral en la Universidad. Por otro lado al obtener la inversin inicial de la instalacin, precio de montaje y mantenimiento de luminarias de nueva tecnologa (tipo LED), se pueda tener una proximidad del costo de estas luminarias, y junto con las implicaciones tcnicas, poder tener un criterio slido de sobre las implicaciones del uso de esta. Cabe anotar, que aunque actualmente este tipo de tecnologa se encuentre en estudio, y no cuente con la certificacin requerida, debe cumplir con las especificaciones reglamentarias actuales establecidas por el RETILAP. Estos datos junto con mtodos probabilsticos y estimaciones, sern la base para los fundamentos de los resultados que se obtengan de este procedimiento. Estos resultados podrn servir como base para los programas a implementarse en PROURE. 18


2.2 D A T O S O B T E N I D O SComo parte de la investigacin se efecta un levantamiento parcial del inventario del alumbrado perimetral de la Universidad Nacional, sede Bogot. En este muestreo se obtienen datos como tipo de bombilla, potencia, altura de montaje y posterior a la obtencin de estos datos se realizan mediciones del nivel de iluminacin a nivel de piso, para posterior obtener la luminancia que es lo que se establece en el RETILAP. Ya que la Universidad no cuenta con una base de datos que contemple este tipo de informacin, y mucho menos con un registro de las actividades que se desempean en lo concerniente al Alumbrado Perimetral, se realizan aproximacin por probabilidad de cambio en los elementos de las luminarias y estimaciones en los mantenimientos predictivos y correctivos de las mismas.

2.2.1

M U E S T R E O L U M I N A R I A S UN

En la Figura 4, donde se muestra un croquis de los predios de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogot, se destacan a grandes rasgos los edificios y las vas principales y secundarias del campus. Debido a la extensin de la Universidad, y para mejor manejo de los datos, se divide en 4 partes representativas, donde al hacer un recorrido previo, se observa que las caractersticas de las luminarias son similares.

19


LUMINARIAS 75W LUMINARIAS 150W LUMINARIAS 250W

Ilustracin 4.

Croquis Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogot

La primera parte es la zona central que pertenece a todo las luminarias que se encuentran dentro del anillo vial. En esta seccin la mayora son de tipo ornamental, donde las alturas varan entre 6 a 12 metros de altura, dependiendo del sitio de ubicacin. Por ello los valores de estas luminarias son por lo general de 75 W, de sodio y cumplen ms una funcin, como su nombre lo dice, para adornar.

20



Ilustracin 5.

Zona 1, dentro del Anillo Vial UN

La segunda zona, establecida para el estudio, se refiere a todo el anillo vial del campus, en el cual las luminarias son la mayora de 12 metros de altura de 250 W sodio, con una interdistancia entre 25 y 45 metros. Esta zona fue diseada con los parmetros anteriores a los establecidos en el RETILAP, por lo que tiene mucha tendencia a los diseos de alumbrado pblico de barrios antiguos de la cuidad.

21



Ilustracin 6.

Zona 2 Anillo vial UN

Las zonas 3 y 4 hacen son los costados Nororiental y sur de la Universidad. Estas zonas tienen variedad de luminarias, donde se mezclan ornamentales con la clsica del alumbrado pblico. Este tipo de diseo, se puede explicar por la necesidad que se tuvo en la poca de construccin de estas edificaciones.

22



Ilustracin 7.

Zona 3, Costado Nororiental de la UN


23

Jefferson Parra Mara Victoria DazIlustracin 8. Zona 4 Costado Sur UN

Luego de la divisin realizada por zonas, se tuvo el siguiente cuadro resumen donde se aproximan el nmero de luminarias.ZONA LUMINAR IAS DE 75W 25 7 LUMINARIA S DE 250W 66 55 95 135 361POR

UMINARIAS DE 400W 8 8Z ONA

NOROCCIDEN TAL NORORIENTA L ANILLO VIAL CENTRO TOTALT ABLA 4

160 192

R ESUMEN C ANTIDAD L UMINARIAS

Ilustracin 9.

Alumbrado Zona 1, Parqueadero C&T

Algunos de los datos obtenidos en el levantamiento, se muestran en la siguiente tabla. Debido a la falta de numeracin para control del inventario 24

Jefferson Parra Mara Victoria Daz no se pueden referenciar cada luminaria medida, por lo que se enuncia la zona a la que pertenece.

ZONA

TIPONa Na

W250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250

MEDICI N PISO (lx)12 15 13 8 16 17 10 14 18 16 7 8 15 11 18 14 16 17 18 20DE

ALTU RA (m)12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12ALTUR A (m) 12 12 12 12 12 12

OBSERVACIONE SContaminacin Alta Contaminacin media Contaminacin Alta

NOROCCIDENTAL

Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na NaT ABLA 5

Contaminacin Alta Contaminacin media

Contaminacin Alta Luminaria sin filtro Contaminacin media

NORORIENTAL

L EVANTAMIENTO W 250 250 250 250 250 250

A LUMBRADO P ERIMETRAL

ZONA ANILLO VIAL

TIPO Na Na Na Na Na Na

MEDICIN PISO (lx) 26 15 18 10 12 11

OBSERVACION ESContaminacin media Contaminacin Alta Contaminacin Alta Contaminacin

25

Jefferson Parra Mara Victoria DazmediaNa Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na CENTRO Na Na Na Na Na Na Na Na Na Na 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 19 16 8 14 11 20 18 12 16 22 16 19 20 18 17 13 9 16 10 14 20 27 15 10 15 20 9 19 8 15 17 13 12 15 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12

Contaminacin media Contaminacin media Contaminacin Alta Contaminacin Alta Contaminacin media Contaminacin media

Contaminacin Alta Contaminacin media

Contaminacin Alta Contaminacin media Contaminacin Alta Contaminacin media Contaminacin Alta Contaminacin Alta

26

Jefferson Parra Mara Victoria DazT ABLA 6 L EVANTAMIENTO A LUMBRADO P ERIMETRAL ( CONTINUACIN )

Ilustracin 10.

Levantamiento Alumbrado Perimetral UN

En la zona nororiental y noroccidental, en el parqueadero de edificio de Ciencia y Tecnologa (C&T) y del Edificio de Aulas de Ingeniera, la iluminacin es con luminarias de 150W, cumpliendo con lo estipulado en el RETILAP, una de las razones podra ser lo reciente de las obras. En la plaza Central (Plaza Che), es iluminada con 8 reflectores de 400W y la baha es iluminada con 5 postes de 14m, cada uno con una corona de 4 luminarias de 400W, tal como se muestra en las siguientes fotografas.

27


Ilustracin 11.

Alumbrado Perimetral, Zona 1 Baha Plaza CHE

28


Ilustracin 12.

Toma de Medidas Alumbrado Perimetral Facultad de Ingeniera

Ilustracin 13.

Alumbrado Perimetral Zona 1 (centro) UN

29

Jefferson Parra Mara Victoria Daz En el levantamiento realizado, se encontraron dos casos especiales de implementacin de luminarias tipo LED. Uno en frente del observatorio de la Universidad, y el otro en el parqueadero del edificio C&T (Ciencia y Tecnologa), Facultad de Ingeniera. Las fotografas a continuacin muestran estos casos, acompaados de los datos obtenidos para cada una, luego de realizar las mediciones. Estas tablas no cuentan con la potencia de cada luminaria, ya que por ser de LED no se puede determinar como una de Sodio o de Metal Halide, debido a que es independiente de la luminaria.

Ilustracin 14.

Luminarias tipo LED, Frente del Observatorio UN

TIPOLED LEDT ABLA 7

W-

MEDICIN PISO ALTURA (LX) (LX)55 110 72 170

ALTUR A (m)8 8

D ATOS L UMINARIAS T IPO LED, F RENTE O BSERVATORIO UN

30


Ilustracin 15.

Luminarias Tipo LED, Parqueadero C&T (Facultad de Ingeniera)

TIPOLED LED LEDT ABLA 8

W-

MEDICIN PISO ALTURA (lx) (lx)14 12 13 28 22 25

ALTUR A (m)12 12 12DE

D ATOS L UMINARIAS T IPO LED, P ARQUEADERO C&T (F ACULTAD

I NGENIERA )

2.2.2

CONSUMO

DE

E N E R G A E L C T R I C A UN

Para una mayor aproximacin a costos actuales, los datos del costo que se paga por energa en la Universidad, es obtenida de la Seccin de Administracin y Control de Espacios Universidad Nacional Sede Bogot, quienes suministran los siguientes datos. 31


2009 Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem bre Octubre Noviemb re Diciembr e Total Unidad KW 724,144 Valor Unidad KW

2010 Valor Unidad KW

2011 Valor $ 195,434,636 $ 249,349,919 $ 279,427,572 $ 237,488,418 $ 294,222,855 $ 249,948,384 $ 215,057,634 $ 256,045,303 $ 276,929,198 $ 266,761,501

$ 190,728,220 568,861 $ 1,014,05 867,968 219,197,660 2 1,048,17 $ 1,009,49 4 246,070,380 0 $ 954,438 205,790,140 944,754 1,038,73 $ 1,006,66 8 257,542,360 8 $ 974,170 245,244,900 987,877 $ 919,219 229,331,420 953,357 $ 1,036,36 996,270 249,875,780 0 1,071,16 $ 1,044,65 4 276,017,610 0 1,019,59 $ 1,123,41 4 260,136,370 2 $ 983,666 993,642 306,930,290 1,032,67 $ 1,115,51 5 192,485,185 6 $ 11,640, 11,788, 2,879,350,3 196 663 15 T ABLA 9 C OSTOS DE E NERGA DE LA

$ 132,319,057 785,755 $ 232,815,422 973,925 $ 1,120,03 245,977,929 9 $ 217,656,491 966,078 $ 1,127,51 243,965,863 1 $ 273,117,194 949,621 $ 180,275,156 840,087 $ 1,056,93 241,573,939 8 $ 1,056,14 251,019,398 4 $ 1,000,06 264,090,986 2 $ 225,391,494 $ 266,790,323 $ 9,876,1 2,774,993,2 60 52 U NIVERSIDAD N ACIONAL POR

$ 2,520,665,4 20 M ES

Estos costos son el total de la energa consumida en todo el campus, como el inters de este documento es solo el del Alumbrado Perimetral, se calcula el 3% ya que este valor es el porcentaje aproximado equivalente a este consumo. MesEnero

2009$

2010$

2011$ 5,863,039.08

32

Jefferson Parra Mara Victoria Daz5,721,846.60 3,969,571.71 $ $ 6,575,929.80 6,984,462.66 $ 7,480,497.57 $ $ 7,382,111.40 7,379,337.87 $ 8,382,827.16 $ $ 6,173,704.20 6,529,694.73 $ 7,124,652.54 $ $ 7,726,270.80 7,318,975.89 $ 8,826,685.65 $ $ 7,357,347.00 8,193,515.82 $ 7,498,451.52 $ $ 6,879,942.60 5,408,254.68 $ 6,451,729.02 $ $ 7,496,273.40 7,247,218.17 $ 7,681,359.09 $ $ 8,280,528.30 7,530,581.94 $ 8,307,875.94 $ $ 7,804,091.10 7,922,729.58 $ 8,002,845.03 $ $ 9,207,908.70 6,761,744.82 $$ $ 5,774,555.55 8,003,709.69 $$ 86,380,509.4 $ 5 83,249,797.56 $ 75,619,962.60 DE E NERGA POR A LUMBRADO P ERIMETRAL U NIVERSIDAD N ACIONAL

Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembr e Octubre Noviembre Diciembre Total T ABLA 10 C OSTO

Con los datos obtenidos de la tabla anterior se puede estimar los kilo-watios consumidos diarios en Alumbrado Perimetral. Este clculo se realiza suponiendo que el precio de la energa fue constante a trescientos pesos ($2506), y que el alumbrado estuvo prendido 12 horas diarias (desde las 6:00 pm a las 6:00 am). Mes Enero Febrero Marzo kWh23452.16 29921.99 33531.31

kW63.0 89.1 90.1

Este dato es aproximado, ya que como se coment la energa en la Universidad Nacional es de Mercado NO regulado, luego el precio depende del precio de bolsa. 336

Jefferson Parra Mara Victoria Daz Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem bre OctubreT ABLA 11 C ANTIDAD

28498.61 35306.74 29993.81 25806.92 30725.44 33231.50 32011.38

79.2 94.9 83.3 69.4 82.6 92.3 86.1W ATIOS

DE K W H POR MES Y CANTIDAD DE

2.2.3

COSTOS LUMINARIAS UTILIZADAS

EN LA

A C T U A L I D A D UN

Despus del levantamiento que se realiz del inventario de Alumbrado Perimetral, se consult el tipo y el costo de las luminarias instaladas. Entre las existentes se encuentran de marca Philips, Roy Alpha y Schrder, algunas se muestran en las figuras a continuacin.

Ilustracin 16.

Fotos Luminarias Calima I y Calima II7

7

Fabricante Roy Alpha (http://www.royalpha.com)

34


Ilustracin 17.

Foto Luminaria Schrder AMETISTA8

Los costos actuales promediados (los cuales varan por marca), de los productos encontrados en el inventario, se muestran en la tabla a continuacin. Descripcin Luminaria 75 W Luminaria 150 W Luminaria 250 W Bombilla Sodio 75 W Bombilla Sodio 150 W Bombilla Sodio 250 W Bombillo Metal Halide 150 W Bombillo Metal Halide 250 WT ABLA 12 L ISTADE

Precios Unitarios $ 109,100.00 $ 145,000.00 $ 230,000.00 $ 10,200.00 $ 19,600.00 $ 20,000.00 $ $ 25,900.00 52,050.00P BLICO (P ERIMETRAL )

P RECIOS

ELEMENTOS ALUMBRADO

2.2.4

COSTOS LUMINARIAS NUEVAS TECNOLOGAS

Las luminarias LEDs tienen un precio elevado por ser nuevas tecnologas y por no tener un mercado establecido. Por esta razn los precios ms aproximados encontrados en el mercado actual son de: Luminaria LED de 50W $ 1500.000 (incluyendo accesorios) Luminaria LED de 120W elctricos) $ 2300.000 (incluyendo accesorios

Fabricante Schrder (http://www2.schreder.com/documents/AMETISTA/Spanish/Brochure/2008050 81126829/41971a-AMETISTA-080409-ES-FINAL.pdf)8

35

Jefferson Parra Mara Victoria Daz Para potencias superiores que reemplacen las de 250W y 400W, no hay actualmente ninguna tecnologa que garantice la vida del LEDs. Esto es debido a que estas potencias utilizan sistemas que sobrecalientan el LED al hacerle circular ms corriente; hacen que estos sistemas no sean confiables; no garantiza ni siquiera las 20000 horas de vida del LED, esto sin contar con la degradacin de colores y cada de flujo luminoso con el tiempo bastante rpido.

Ilustracin 18.

Luminaria CLARO LED ES

Ilustracin 19.

Luminaria PIANO-LED-ES

36


2.3 C O M P A R A C I N T C N IC O -E C O N M I C O2.3.1 COMPARACIN TCNICABasados en la Tabla 4 de este documento, donde se tiene una relacin estimada de las luminarias existentes en el campus de la Universidad Nacional, se realiza el anlisis tcnico con las de 75W ya que como se explic en numeral 2.2.4 todava no se conoce una luminaria que reemplace

Ilustracin 20.

Ejemplo Iluminacin con Luminaria LED Claro 19

2.3.2

COMPARACIN ECONMICA

Actualmente no existe un mercado establecido de luminarias de LEDs, lo cual complica la comparacin de precios de estas nuevas luminarias, pero A nivel tcnico, la luminarias de LEDs de 50W reemplaza las de 70W (con prdidas la potencia es de 83W) en sodio, la de 120W reemplaza la de 150W (potencia con accesorios elctricos es de 170W). Para potencias superiores, la tecnologa LED an no ha podido solucionar con los problemas ocasionados por calentamiento. Como se puede ver, la tecnologa LED tiene grandes desventajas frentes al precio, pero grandes ventajas frente al ahorro de energa, la vida til, y el mantenimiento.

2.4 R E S U L T A D O S9

Ejemplo obtenido del catlogo Claro 1 Schrder 37


CAPTULO IV: BIBLIOGRAFA[1] Articulo Colombia se prepara para el protocolo de Kioto Kesmira Zarur Latorre / Enrique Patio Orozco Peridico El Tiempo - Bogot February 2005 PROGRAMA DE USO RACIONAL Y EFICIENTE DE ENERGA Y FUENTES NO CONVENCIONALES PROURE PLAN DE ACCIN INDICATIVO 2010-2015 RESUMEN EJECUTIVO ACUA, Roncancio Paula Catalina. Impacto del Alumbrado Pblico con LEDs en la Red de Distribucin. Tesis de maestra. Universidad Nacional de Colombia. 2011 Ins Lima Azevedo, M. Granger Morgan, and Fritz Morgan. The transition to Solid-State lighting. IEE. Vol. 97 No. 3, March 2009 QUIROGA, Riao Mario E. Anlisis de nuevas fuentes en iluminacin. Trabajo Final de especializacin en Iluminacin Pblica y Privada. Universidad Nacional de Colombia. 2010. WINDER, Streve. ELSEVIER (Ed.): Power Supplies for LED Drivers. Newnes, 2008. p. 203-216. Kap. LEDs and Lighting In: HELD, Gilbert: Introduction to Light Emitting Diode Technology and Applications. Auerbach Publications. 2009. p. 98-100.

[2]

[3]

[4] [5]

[6] [7]

38

trabajo final ure

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