Diseño de una instalación eficiente de Iluminación en un túnel. Autor: Tutora: Departamento:

Escuela superior de Ingenieros de Sevilla.

Emilio Izquierdo Raigán. Sandra Redondo Martínez. Ingeniería de la construcción y proyectos de ingeniería.

Iluminación Eficiente de un túnel.

Índice. 1. Objeto………………………………………………………………………………….….3 2. Alcance……………………………………………………………………………………3 3. Normativa. ……………………………………………………………………………….3 4. Descripción del proyecto.…………………………………………………..…….………4 5. Tecnologías de iluminación eficientes. …………………………………………………5 5.1. Características de la tecnología seleccionada……………………………...………7 5.2. Elección de luminarias………………………………….…………….…….………9 5.3. Análisis según el reglamento de eficiencia energética…………………….……..13 6. Ingeniería de iluminación……………………..…………………….………….………19 6.1. Normativa……………………………………….………………………….………16 6.2. Problemática de la iluminación de túneles ……………………………...……….16 6.3. Calculo de la curva teórica de luminancias…………………………..………..…19 6.3.1. Definición del túnel………………………………………………..….....… 19 6.3.2. Sistema de alumbrado ………………………………………….…...…..…23 6.3.3. Zonas de alumbrado …………………………………………….…...…….24 6.3.4. Cálculo de niveles de iluminación ………………………………..…..….. 27 6.4. Curva real de luminancias…………………..………………………………….…42 6.5. Regulación de luminarias …………………………………………….….………..53 7. Instalación Eléctrica……………………………………………….……………………58 8. Cálculos…………………………………………………………………………………67 9. Planos………………………….…………………………………………………………77 10. Bibliografía. ……………………………………………………………………..………85

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Iluminación Eficiente de un túnel.

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1.

Objeto

El presente proyecto se titula: Diseño de una instalación eficiente de iluminación en un túnel. Tiene por objeto el estudio técnico de una solución eficiente para la iluminación de un túnel de largo recorrido consiguiendo unos niveles suficientes para la circulación por el mismo minimizando el gasto energético y su inversión. De esta forma conseguiremos que la futura instalación de iluminación posea un periodo de retorno simple adecuado para su implantación. El túnel será ficticio, con una geometría típica en este tipo de túneles. El presente proyecto será de utilidad para analizar la solución óptima para la iluminación en el interior de un túnel. Debe resaltarse que los futuros avances de la tecnología existente puede modificar dicha solución óptima.

2. Alcance El ámbito de aplicación de la instalación proyectada está dentro de las instalaciones de alumbrado viario de tráfico rodado.

3. Normativa. Normativas aplicadas:  REBT 2002 y sus instrucciones técnicas.  RD 1890/2008. Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior, así como su instrucción técnica complementaria: ITC-EA-01 a ITC-EA-07.  CIE 88-2004. “Guía para alumbrado de túneles de carretera y pasos inferiores”, Comisión Internacional de Iluminación. Además se tendrá en cuenta todas las normas a las que se hacen referencia en las normativas anteriormente citadas.

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4. Descripción Del Proyecto. A continuación se comentan las características del túnel con el que se ha planteado trabajar en el presente proyecto buscando una configuración estándar pero a la vez interesante a la hora de seguir las distintas etapas del modelo de cálculo. El túnel a iluminar consta de dos tubos, uno para cada sentido de circulación de sección aproximadamente semicircular, acabado en hormigón y 1 km de longitud, por lo que entra dentro del rango de los “túneles largos” según la normativa de iluminación de túneles. En cada tubo se dispone de dos carriles de 3,5 m y dos arcenes de 1,5 m, uno a cada lado. Las luminarias se montarán en los laterales a una altura de 5 m. Para más datos se tiene el perfil en el apartado “planos”. El alumbrado de emergencia, de acceso en el exterior del túnel y otras señalizaciones no entran dentro del objeto de este estudio. Características de los túneles:  Sección: aproximadamente semicircular de diámetro 10,40 m.  Número de carriles por tubo: dos carriles de 3,5 m y dos arcenes de 1,5 m. (Plano nº1)  Longitud: 1000 m.  Velocidad de diseño: 80 km/h  Flujo medio de vehículos: 800 veh/hora/carril  Trazado: El trazado se supone recto sin curvatura ni inclinación respecto a la vertical.  Situación: España, Madrid.  Dirección: NO-SE.  Se distingue entre el tubo sentido NO-SE ( de ahora en adelante: Túnel NO) y el tubo sentido SE-NO ( de ahora en adelante: Túnel SE). (Planos 2, 3 y 4)

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5. Comparación de tecnologías de iluminación Se va a realizar una comparativa entre 4 de las tecnologías más habituales para el alumbrado de túneles: VSAP, HM, FL y LED. Las tres primeras son de las llamadas convencionales a las que añadimos la tecnología led que recientemente está viendo su uso cada vez más extendido. Los factores más importantes que deben tenerse en cuenta en la selección del tipo de lámpara a emplear son la eficacia luminosa, la duración de vida media y vida útil, la temperatura de color y el rendimiento cromático o reproducción de colores.

 VSAP La tecnología VSAP (Vapor de sodio de alta presión) se caracteriza por ofrecer la mejor relación lm/W por lo que son ampliamente usadas en el alumbrado de túneles. Su vida útil llega a las 18000 horas, más de dos años de funcionamiento continuo. Sus capacidades de regulación posibilitan la reducción del consumo en determinadas condiciones de horario o tráfico. Por el contrario, tiene desventajas como su reducida capacidad de reproducción cromática. Éstas quedan compensadas por los altos niveles de iluminación y contraste conseguidos en túneles. Además ofrece una adecuada penetración en ambientes con alta polución.  Fluorescentes: Tienen como ventajas una mejor calidad cromática y la posibilidad de relación contínua del nivel de alumbrado si se añade a la luminaria el correspondiente balastro electrónico, sin embargo en túneles donde se han instalado fluorescentes en el interior, es normal usar lamparas de halogenuros metálicos o de vapor de sodio en la entrada de los los requerimientos luminosos son mayores, ya que el rendimiento lumínico de estos es mayor.  Halogenuros metálicos. Las lámparas de halogenuros metálicos ofrecen una elevada eficacia luminosa a la par de una buena reproducción cromática. Su duración es alta aunque queda por debajo de la vida de una VSAP. Necesitan para su funcionamiento tanto cebadores como reactancias. Requieren un período de cebado de unos cuantos minutos y una fase de enfriamiento prolongada, antes de que se puedan encender de nuevo. Por su alta eficacia y se suelen usar en las bocas de los túneles donde se necesitan altos valores de luminancias.  LEDs Las luminarias LED emiten una luz más blanca respecto a las luminarias de vapor de sodio de 5

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alta presión que habitualmente se utilizan en el alumbrado de calles. Esto permite visualizar mejor las formas y colores frente a la iluminación anaranjada delas farolas tradicionales de vapor de sodio, cosa que mejora la sensación de seguridad y confort visual. La tecnología Led emite una luz clara de color blanco puro que reduce la fatiga visual, disminuye el tiempo de reacción y reproduce de forma real los colores, ofreciendo una percepción visual saludable y segura.  La siguiente tabla compara el rendimiento lumínico y la vida útil de las 4 tecnologías. tecnología

Lm/W

Horas de vida útiles

Led VSAP. Vapor de sodio de alta presión Halogenuros metálicos Fluorescentes

Entorno a los 100 lm/W Entre 70 y 120 lm/W Entre 36 y 120 lm/W Entre 50 y 93 lm/W

Más de 50000 24000 14000 12000

 La tecnología LED se presenta como la opción más eficiente: Si bien tecnologías como el vapor de sodio a alta presión cumple los requisitos lumínicos y económicos para la mayoría de las situaciones, actualmente se precisa prestar especial atención a la eficiencia de una instalación de iluminación. En este aspecto es donde los leds empiezan a presentarse como una mejor alternativa presentando ventajas a pesar de que son lámparas en principio más caras. En los últimos años se han hecho más competitivas en precio, a la vez que han ido mejorando en eficiencia y durabilidad. Actualmente la tecnología led se ha ido situando como una solución más eficiente y más ventajosa que sus alternativas más habituales. Técnicamente son ventajosas: más eficientes, más duraderas, de reencendido instantáneo, con regulación del flujo, no parpadean, con mejor rendimiento cromático y sin mercurio. Además, en una lámpara LED la regulación puede ser muy versátil, permitiendo que el flujo luminoso varíe de forma continua consiguiendo un ahorro extra a lo largo de su vida compensando el sobredimensionado inicial necesario para compensar la depreciación del flujo. Debido a los avances tecnológicos como la electrónica que acompaña a las lámparas leds, se ha conseguido una considerable reducción de costes que ha facilitado la aparición de las primeras instalaciones importantes de alumbrado con tecnología LED. Entre ellas, el alumbrado de túneles. 6

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 Valores actuales de la tecnología led y su futuro: La eficacia se incrementa cada año, llegando actualmente a valores de rendimiento en condiciones de laboratorio en el entorno de los 100 lm/W. Igualmente se consiguen grandes adelantos en el nivel de su vida útil, encontrando valores entre 80.000 y 100.000 horas de funcionamiento o incluso mayores. Este valor se reduce al considerar las condiciones fuera del laboratorio, donde la temperatura de funcionamiento interviene de forma drástica. Si bien es verdad que se necesitarán años de experiencia para confirmar su comportamiento en la práctica en condiciones reales, es indudable su potencial en cuanto a rendimiento y horas útiles de vida. Los principales inconvenientes considerar para su aplicación pueden ser que la tecnología es relativamente nueva. Existen pocas instalaciones y por tanto poca experiencia en cuanto a su funcionamiento en condiciones reales. Incertidumbre respecto a su vida útil, costes de mantenimiento y depreciación del flujo. Además el coste de instalación es elevado respecto a otras tecnologías por lo que un buen diseño es esencial para la rentabilidad del proyecto.

5.1. Características de la tecnología seleccionada Tecnología LED: Los LEDs son diodos emisores de luz, formados por semiconductores que emiten luz al pasar corriente a través de ellos. La cantidad de luz generada es regulable pues es casi proporcional a la cantidad de corriente de pilotaje usada. Por lo que a efectos de iluminación, el control se realiza a través de la corriente. Las lámparas tradicionales presentan una tasa de mortalidad dada por el momento en que ocurre un fallo catastrófico que hace que la lámpara se apague por completo. En el caso de los leds, cada lámpara está formada por varios leds individuales. Cada uno de ellos presenta una depreciación del flujo luminoso a lo largo del tiempo y aunque alguno de ellos sufra un fallo catastrófico, la lámpara seguiría funcionando con el resto de leds. Por tanto la tasa de supervivencia no se aplica como tal a las lámparas leds. Al estar formadas por agrupaciones de leds no tendrán un final de vida crítico a no ser que se den algún otro tipo de problema. Para cuantificar su tiempo de vida útil la ASSIST (Alliance for solid-state illumination system technologies) determinó que 70% es el límite máximo para que el ojo humano detecte una reducción del flujo luminoso. Así que se fijó que una reducción efectiva 7

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del 30% del flujo luminoso en relación al valor inicial define el fin del tiempo de vida útil de un LED. El parámetro L70 define en horas la reducción media del 30% del flujo luminoso respecto del inicial de los leds que aún funcionen. Es decir, no tiene en cuenta los leds que han dejado de emitir por fallo. Ventajas de los LEDs  Elevada vida útil. La temperatura de uso y la corriente de pilotaje son los dos parámetros que más afectan a la vida útil de las luminarias leds. En condiciones óptimas se pueden encontrar leds con una vida útil L70 declarada por el fabricante de más de 100000 horas.  Robustez mecánica. Las luminarias LEDS no contienen componentes móviles o vulnerables como el vidrio, gases o los filamentos que si tienen otras tecnologías. Ello se convierte en una ventaja por su elevada resistencia a vibraciones o algún tipo de tensión mecánica. Por el contrario, sí que son sensibles a las influencias electrostáticas, por lo que hay que tener precaución y solo deben tocarse con la protección de una conexión a tierra adecuada, así como debe evitarse la conexión directa del led con un cable conductor . Una subida de tensión puede destruir el led..  Fácilmente regulables. La regulación de una luminaria LED es efectiva en un amplio intervalo, casi desde el 0 al 100%, y su control puede llevarse a cabo con estándares como DALI o 1-10V. Las perdidas asociadas al regulador son pequeñas comparadas con las asociadas a la regulación en otras tecnologías. Con una regulación completa, el consumo de energía residual puede bajar hasta el 10% del consumo nominal.  Rendimiento lumínico. El rendimiento lumínico está alrededor de los 100Lm/W, compitiendo con la tecnología VSAP pero mejorando a estas en calidad de iluminación. Actualmente los LED con una temperatura de color entre 5000 y 7000 ºK (blanco frio) alcanzan más de 160 Lm/W en las condiciones de referencia. Si la temperatura de color es inferior, 8

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entre 2700 y4000 ºK que se utilizan mayoritariamente en iluminación, suelen presentar un rendimiento lumínico algo inferior, comercialmente se encuentran datos de unos 80 Lm/W, aunque van incrementándose año a año.

5.2. Elección de luminarias Las lámparas destinadas a su uso en túneles, deben ser robustas, herméticas, resistentes a las agresiones de los gases de escape y los productos de limpieza. Deben además ser de fácil instalación y mantenimiento ya que debido a los gases y partículas en suspensión es conveniente una limpieza periódica junto con la sustitución de las lámparas fundidas que garantice un nivel de iluminación suficiente. Tal y como se ha podido comprobar en el apartado anterior la tecnología LED es la más eficiente del mercado por lo que para la iluminación vial del túnel se han elegido luminarias de tecnología LED con un número de leds por luminaria desde los 30 hasta los 120. El fabricante es RUUD Lighting y la gama de productos será la “Ruud Lighting LEDWAY Etunnel”. Se trata de luminarias que llevan un tiempo en el mercado y que ya se han empleado en alumbrado de túneles como puede verse en la web del fabricante, con temperatura de color de 4.000 K y rendimiento cromático 75, grado de protección IP66, alimentación interna en corriente continua a 700 mA (estándar) a través de driver electrónico de larga duración y una vida útil en condiciones de referencia L70 de más de 100.000 horas Se van a proponer dos soluciones según el sistema de regulación utilizado. En la solución tipo 1, la regulación se hará por encendido y apagado de circuitos. En la solución tipo 2, la regulación se llevará a cabo por un sistema de regulación continuo tipo 1-10V. Las características de las luminarias son las siguientes. Fabricante:

RUUD Lighting.

Modelo:

LEDWAY E-Tunnel.

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Potencias: Numero de Leds

Potencia Luminaria (W)

Lúmenes

Rendimiento lumínico

30

72

6405

88,96

40

92

8540

92,82

60

139

12810

92,16

80

183

17080

93,33

120

272

25620

94,20

Factor de mantenimiento de la luminaria y vida útil de las luminarias a la corriente de pilotaje de 700 mA y a condiciones de temperatura de 25 ºC:

Corriente de Pilotaje (estándar)

700 mA

FDFL (factor de depreciación de la lámpara, según las horas de funcionamiento) 25000 H

50000 H

100000 H

0,94

0,88

0,75

L70

129.000 Horas

. A continuación se incluye la información del producto facilitada por le fabricante.

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                                               STRADEL, S.L

                     Ronda General Mitre, 145 1º 2ª                                        08022 BARCELONA Tel. +34 93 200 06 56 Fax. +34 93 200 06 56

www.stradel.com

[email protected]

Última actualización: 14/10/11

LEDWAY E-Tunnel – Orientación fija

Código (luminaria sin montaje)

Light bar

Número LED

Potencia de sistema W @350mA

“A”

@700mA

@525mA

(Versión Estándar)

LXD##T02D* 2 20 25 37 50 156 mm LXD##T03D* 3 30 36 52 72 156 mm 270 mm LXD##T04D* 2 40 45 67 92 LXD##T05D* 3 50 270 mm 61 89 120 LXD##T06D* 3 60 270 mm 71 104 139 LXD##T08D* 4 80 91 135 183 552 mm LXD##T09D* 5 90 100 149 200 552 mm LXD##T10D* 5 100 117 168 231 552 mm LXD##T11D* 6 110 129 188 254 552 mm LXD##T12D* 6 120 140 202 272 552 mm Para informaciones sobre los flujos luminosos de cada potencia consultar la guía para el uso de las fotometrías en el sito internet. Factor de potencia > 0,9

Luminaria compacta vial de LED, de dimensiones reducidas y grado de protección IP66 para instalaciones en plafón o suspensiones. Todos los componentes están libres de mercurio en un 100% y son totalmente reciclables. El compartimento que contiene la alimentación eléctrica está realizado en aluminio fundido a presión; para acceder al mismo no es necesario usar herramientas (toolfree). El soporte de los módulos de LED, realizado en aluminio extruido, está diseñado para gestionar de modo optimizado la disipación del calor, gracias a la exclusiva tecnología AirFlow de Ruud Lighting. Dicho sistema garantiza una larga duración y el máximo rendimiento. Acabado superficial con tecnología Colorfast Deltaguard®, con garantía integral de 10 años sobre todas las partes metálicas, comprende diferentes etapas de pretratamiento de los materiales, una imprimación epoxi de alta adherencia y una pintura superficial realizada con polvos de poliéster. Extremada resistencia a la corrosión, a la abrasión y a la exfoliación. Estabilidad del color en el tiempo incluso en caso de fuerte exposición al sol. Módulo LED (Light bar) compuesto por 10 o 20 diodos testados, con cada una de las opticas, conforme a la norma CEI EN 62471 para la seguridad fotobiológica de lámparas y de los aparatos que utilizan lámparas. Luminaria disponible de 20 a 120 LED, con temperatura color 4.000 K y rendimiento cromático 75, disponible bajo pedido con diodos de 5.700 K y 3.500 K. Estructura de disipación térmica en aluminio extruido, guarnición de estanqueidad interna realizada por moldeo y amoldada a la geometría de los difusores, grado de protección IP66. Lentes de precisión de alto rendimiento realizadas con tecnología patentada NanoOptic®, curva fotométrica de geometría variable según la aplicación requerida. Alimentación interna en corriente continua a 700 mA (estándar) a través de driver electrónico de larga duración. El aparato en versión especial también está disponible con corrientes de alimentación de 350 mA y 525 mA. Soportes de montaje para bandejas portacables*: • PM-T0LW: orientación fija 0° (montaje T0) • PM-T1LW: orientación fija 5° (montaje T1) • PM-T2LW: orientación fija 10° (montaje T2) • PM-T3LW: orientación fija 15° (montaje T3)

Altura bandeja portacbles

Anchura bandeja portacables

65mm

100mm

120mm

150mm

200mm

75mm

100mm

120mm

150mm

200mm

* A petición disponibles suportes de montaje para bandejas portacable con medidas diferentes. Garantía de 5 años sobre los LEDs y los drivers. Clase de aislamiento I. Cos φ > 0,9. Grado de protección IP66.

                                               STRADEL, S.L

                     Ronda General Mitre, 145 1º 2ª                                        08022 BARCELONA Tel. +34 93 200 06 56 Fax. +34 93 200 06 56

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Opciones disponibles K D#

Descripción Regulación del flujo luminoso con detector de presencia Sistema de telecontrol de ondas portadoras para la regulación de la intensidad del flujo luminoso e

Disponible hasta

[email protected]

Notas

120 LED 60 LED

Consultar fábrica para diferentes configuraciones Consultar documentación técnica para configuraciones disponibles

G

Control regulador de flujo, alto/bajo

120 LED

D

Dimmable driver 1-10V con sistema de control exterior

60 LED

S#

Regulación bi-potencia con medianoche virtual

120 LED

R#

Sistema de regulación del voltaje (dimmer) integrable con sistemas provistos de regulador de flujo

120 LED

Consultar documentación técnica para configuraciones disponibles Consultar documentación técnica para configuraciones disponibles

Las fichas técnicas de los sistemas de control están disponibles en www.stradel.com. Opzione D: dimmerazione 0 – 10V (standard@700mA) Mod. Ledway 40 LED Corriente de pilotaje

25K hr LMF*

50K hr LMF*

100K hr Vida* útiL70 LMF* (horas)

350 mA

0,96

0,91

0,82

>150.000

525 mA 700 mA (estándar)

0,95

0,90

0,79

149.000

0,94

0,88

0,75

129.000

* Se refiere a un aparato en funciónamiento a 25° C.

Colores Standard Finish

Silver

Black

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5.3. Análisis según el reglamento de eficiencia energética En lo referente a eficiencia energética se sigue lo expuesto en el RD 1890/2008. Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior, así como su instrucción técnica complementaria: ITC-EA-01 a ITC-EA-07. Según la ITC-EA-02, se entiende por nivel de iluminación el conjunto de requisitos luminotécnicos de luminancia, uniformidad, deslumbramiento y demás parámetros recogidos en la citada instrucción. Deberá garantizarse el valor de la uniformidad mínima, mientras que el resto de requisitos fotométricos descritos para cada clase de alumbrado, son valores de referencia, pero no exigidos, que deberán considerarse para cada instalación. El alumbrado de túneles se clasifica como un caso especial y en el apartado 3.8 de la instrucción 02, se recoge que los niveles de iluminación no se rigen según las instrucciones técnicas del Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior (REEIAE) sino que se toman como valores de referencia los especificados en la publicación CIE 88:2004 “Guía para el alumbrado de túneles de carretera y pasos inferiores”. Debido a las especiales características de este tipo de alumbrado, no será necesario efectuar la calificación energética de estas instalaciones y como tal no se especifican unos niveles mínimos de eficiencia energética para el alumbrado de túneles aunque con el fin de lograr una eficiencia energética adecuada en las instalaciones de alumbrado exterior, éstas deberán cumplir, al menos, con los requisitos siguientes:  Los niveles de iluminación de la instalación no superen lo establecido en la instrucción técnica complementaria ITC-EA 02, salvo casos excepcionales, que requerirán autorización previa del órgano competente de la Administración Pública.  Para el alumbrado vial, se cumplan los requisitos mínimos de eficiencia energética establecidos en la ITC-EA-01. Para el resto de instalaciones de alumbrado, se cumplan los requisitos de factor de utilización, pérdidas de los equipos, factor de mantenimiento y otros establecidos en las instrucciones técnicas complementarias correspondientes.  En donde se requiera, dispongan de un sistema de accionamiento y de regulación del nivel luminoso, tal y como se define en la ITC-EA-04.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Los regímenes de funcionamiento deben adecuarse a la hora natural, de modo que durante la noche no deberán permanecer en funcionamiento los regímenes de días soleados y/o nublados. El factor de utilización y el factor de mantenimiento de la instalación satisfarán los valores mínimos establecidos en la ITC-EA-04. El factor de utilización es la capacidad de convertir la luz que es emitida en iluminación en el plano que se desea iluminar, cuantificado como lux/lm. El factor de mantenimiento cualifica y califica la depreciación del sistema de iluminación a lo largo de su tiempo de vida útil. La obtención de un valor elevado en estos dos factores es esencial para obtener un alto grado de eficiencia energética, lo que contribuye a la reducción del consumo energético y a la economía de la instalación. Adecuando la geometría óptica y espectro luminoso a las necesidades del proyecto se consigue aumentar el factor de utilización. La tecnología led consigue valores más elevados que otras tecnologías, necesitando menos flujo luminoso para el mismo nivel de iluminación en un plano dado. El factor de depreciación también es por lo general más elevado en sistemas leds, lo que contribuye significativamente a elevar el nivel de eficiencia. Factor de mantenimiento. A lo largo del tiempo, las prestaciones de una instalación de alumbrado exterior se modifican y degradan respecto a su valor inicial. Un buen plan de mantenimiento ayuda a conservar las características por encima de los valores mínimos exigidos de iluminación, asegurando su funcionamiento y una correcta eficacia energética. Las causas más importantes que afectan a las características fotométricas y mecánicas de una instalación de alumbrado exterior son las siguientes:

 Reducción progresiva del flujo emitido por las lámparas.  Ensuciamiento de las lámparas y sus ópticas.  Degradación de los componentes del sistema óptico, como el refractor, cierre, etc. 14

Iluminación Eficiente de un túnel.

 Cese prematuro de algunos leds, en el caso de usar esta tecnología.  Desperfectos mecánicos ocasionales. Para controlar que el nivel de iluminación se mantenga por encima del exigido y controlar que la degradación de la instalación no sea excesiva, se lleva a cabo un doble mantenimiento. El mantenimiento preventivo se establece como una revisión programada consistente en realizar sobre la instalación es un cierto número de intervenciones sistemáticas. Por otra parte, el mantenimiento correctivo engloba las operaciones necesarias para reponer las instalaciones averiadas o que han sufrido un deterior excesivo y devolverlas a su estado correcto de funcionamiento. Un adecuado mantenimiento preventivo hace que el mantenimiento correctivo se requiera de forma menos intensa y con menos frecuencia. En la instrucción técnica ITC-EA-06 y en su guía de aplicación se pueden consultar el método de cálculo del factor de mantenimiento así como el plan de mantenimiento requerido. El factor de mantenimiento se define como la relación entre la iluminancia media de la zona iluminada después de un periodo determinado de funcionamiento de la instalación de alumbrado y la iluminancia media de la instalación al inicio de su funcionamiento. El factor será siempre menor que la unidad y se procurará que su valor sea lo mayor posible para una frecuencia de mantenimiento lo más baja posible. El factor de mantenimiento depende del tipo de tecnología de iluminación, las luminarias elegidas, suciedad del entorno, intensidad del tráfico, etc.

Debido al paso del tiempo, el nivel de iluminancia va disminuyendo debido a la propia luminaria, el factor de mantenimiento se aplica sobre el nivel de iluminancia mínima que debe de mantenerse al final del periodo de funcionamiento de la instalación. La expresión sería la siguiente:

f m=

E servicio

6.2. Problemática en la iluminación de túneles Los requerimientos de iluminación en un túnel son completamente distintos durante el día y durante la noche. Durante la noche el problema es relativamente simple y consiste en suministrar unos niveles de luminancia en el interior del túnel al menos iguales a los que existen en el exterior del túnel. Sin embargo, el diseño de la iluminación durante el día es particularmente crítica debido al sistema visual humano. El conductor en el exterior del túnel no puede percibir simultáneamente detalles en la carretera cuando en el exterior hay altos niveles de iluminación y en el interior está relativamente oscuro. Es decir, durante el día los niveles de luminosidad externa son altos y el ojo debe pasar a la escasa iluminación del interior del túnel sufriendo un proceso de adaptación. La mayor problemática se da cuando el sistema visual se adapta a una reducción de la iluminación ambiente, como cuando se pasa de la luz del día a las condiciones de baja iluminación de un túnel, dado que el proceso de ajuste no es instantáneo sino que toma un cierto tiempo. Dependiendo de la amplitud de la reducción, el tiempo de adaptación será mayor cuanto mayor es la diferencia. Para una velocidad dada, esto significa que la diferencia entre el nivel de luz fuera y el de dentro del túnel, mayor será la distancia que el conductor necesitará para adaptarse. Para tener en cuenta este efecto de adaptación, se diseñan distintas zonas de alumbrado hasta llegar a la zona interior del túnel donde la iluminación será menor. Por lo tanto los niveles serán mucho mayores a la entrada e irán disminuyendo gradualmente. Se definen las zonas de iluminación siguientes: 19

Iluminación Eficiente de un túnel.

 Zona de aproximación, inmediatamente anterior a la boca del túnel.  Zona umbral, zona de mayor iluminación y de una distancia similar a la distancia de parada.  Zona de transición, zona entre el umbral y la interior donde gradualmente se va disminuyendo los niveles de iluminación.  Zona interior, en esta zona los niveles son mínimos, pues se considera que el ojo ha tenido tiempo de adaptarse.  Zona de salida. Zona que sigue a la zona interior y si es necesario aumenta los niveles para mejorar la visibilidad a la salida del túnel. El objetivo buscado con la iluminación en un túnel es conseguir los niveles suficientes que garanticen la visibilidad, seguridad y fluidez, de forma que el conductor sea capaz de distinguir el trazado del túnel y los obstáculos que pudiera encontrar en él, atendiendo también a la economía de la solución encontrada. A este respecto, la velocidad de los vehículos es un parámetro fundamental. La distancia de parada de los vehículos define el punto en el cual el conductor observador debe ser capaz de detectar la presencia de un obstáculo y por tanto, como se verá después, la longitud de la zona de entrada. Un incremento en la velocidad de diseño generalmente dará como resultado un incremento en las necesidades de iluminación y consecuentemente en el coste de la instalación. Este hecho sugiere que es deseable reducir la velocidad en la zona de aproximación y en el interior del túnel, pero en vistas a mantener la fluidez del tráfico, la velocidad debería ser similar a la del resto de la vía donde se sitúa el túnel. El nivel necesario de iluminación en la entrada de un túnel será determinado por los criterios de visibilidad, o lo que es equivalente, de contraste, ya que un conductor que se acerca a un túnel o que circula por él, será capaz de distinguir los obstáculos que se encuentran a una distancia igual a la distancia de parada si el contraste es mayor o igual al nivel, o contraste mínimo requerido. El contraste percibido por un conductor se ve afectado por efectos como la luminancia de velo atmosférica, la luminancia de velo del parabrisas y la luminancia de velo propia del ojo humano.

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En resumen, se deben de tener en cuenta los siguientes aspectos que afectan a la correcta visibilidad de obstáculos al entrar en un túnel:  Efecto de agujero negro o efecto de inducción: Si el ojo del conductor se encuentra en un estado de adaptación a una determinada distribución de luminancias, únicamente podrá ver aquellos objetos cuya luminancia sea próxima a la citada distribución. En la aproximación un túnel, las altas luminancias exteriores hacen que la parte de la retina que recibe la imagen del exterior ejerza un efecto de inducción sobre la parte que recibe la imagen de la boca del túnel, haciendo que se vea como un “agujero negro” donde no se percibe ni un solo detalle.  Influencia de las luminancias de velo: La luz parásita presente sobre el ojo de los conductores (luminancia de velo foveal o de Fry), el estado de la atmósfera (luminancia atmosférica) y los reflejos del parabrisas del vehículo (luminancia del parabrisas), se combinan para formar un velo luminoso que reduce la visibilidad de los obstáculos a la entrada de los túneles. La razón principal de la iluminación de un túnel es asegurar en todo momento la visibilidad de los obstáculos, lo que exige percibir una diferencia entre la luminancia del obstáculo y la luminancia de fondo o de la calzada y paredes del túnel.  Efecto de adaptación: Es el efecto que permite el ajuste de la sensibilidad del ojo humano a un cambio en la distribución de luminancias en el campo de visión. El tiempo que tarda en producirse la adaptación de la sensibilidad del ojo humano al cambio en la distribución de luminancias, se denomina tiempo de adaptación. La adaptación de la sensibilidad del ojo a los cambios rápidos de la distribución de luminancias en el campo visión no es instantánea, por lo que durante un determinado tiempo la capacidad de visión disminuye, llegando a producirse una ceguera momentánea en el caso de un cambio brusco de la distribución de luminancias. Es decir, en algunos supuestos como en el caso de la entrada de túneles, el problema puede ser grave y dar origen a que no pueda realizarse la función visual.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

6.3. Cálculo de la curva teórica de luminancias 6.3.1. Definición del túnel El túnel objeto del proyecto es un túnel destinado a la circulación de vehículos con dos tubos, un tubo para cada sentido y dos carriles por tubo. Será de sección aproximadamente circular y su longitud será de 1000 m por lo que entra dentro de la clasificación de túnel de muy largo recorrido. Las características son las siguientes:  Número de tubos: 2.  Por tubo: dos carriles de 3,5 m y arcén a cada lado de 1,5 metros  Longitud de cada tubo: 1000 m  Situación: España.  Velocidad de diseño: 80 km/h  Composición del tráfico: mixto.  Flujo de tráfico: 800 veh/hora y carril  Iluminación Nocturna en el exterior del túnel: existe y es igual a 30 cd/m2 en la entrada de cada túnel. Se ha considerado un túnel muy generalista y aunque son valores estándar basados en casos reales, se ha buscado que por sus características sirva de ejemplo en los pasos más interesantes del cálculo de los niveles de iluminación. Con la elección de un túnel largo y con dos tubos separados conseguimos que cada tubo tenga todas las zonas posibles de iluminación bien definidas. Distancia de seguridad En una vía de circulación, la elección de la velocidad de diseño tiene especial relevancia y condiciona los niveles de iluminación necesarios. Cuanto mayor es la velocidad del vehículo, más larga es la distancia desde la boca del túnel hacia el interior en la que el conductor debe poder ver, lo que supone mayor longitud de la zona umbral a iluminar. Así mismo, al ser mayor la distancia, un obstáculo situado en el interior del túnel subtiende un ángulo más 22

Iluminación Eficiente de un túnel.

pequeño en el ojo del conductor y será más difícil de percibir. También el aumento de distancia hace que la luminancia atmosférica perjudique el contraste percibido y por tanto la visibilidad de los obstáculos. Por todo ello, un aumento de la velocidad de diseño exige mayores niveles de iluminación en la zona umbral del túnel y una mayor distancia de dicha zona, en consecuencia también se elevan los costes económicos. Además existe una fuerte relación, aunque no lineal, entre el volumen de tráfico y el riesgo de accidente. Uno de los factores más importantes que afectan a esta relación es la velocidad de circulación. La distancia de seguridad DS que es a menudo evaluado por el correcto diseño de la iluminación es la suma de dos parámetros:  xo que ese la distancia recorrida durante el tiempo de reacción  x que es la distancia recorrida durante el tiempo de frenada. Por tanto la distancia de seguridad (DS) se define como la distancia necesaria para que el conductor detenga su vehículo sin alcanzar un obstáculo en la calzada desde que lo advierte. Puede ser calculada según la formula siguiente:

DS = RT

V0 1 V + ⋅ ⋅dV ∫ 3,6 3,6 2⋅g f 1 (V )+h

Donde DS = Distancia de Seguridad RT=

Tiempo de reacción-percepción.

V0 =

Velocidad de diseño en km/h

g=

aceleración de la gravedad (9,81 m/s2 )

V=

Velocidad

f1 =

Coeficiente de fricción (longitudinal) dependiente de la velocidad.

h=

Inclinación de la carretera en %.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

En carreteras planas, para los tiempos de reacción usuales tenemos los siguientes resultados: Velocidad de Diseño (Km/h) DS (Carretera húmeda) (m) DS (Carretera seca) (m)

120

100

80

70

60

50

230

160

105

90

70

50

150

110

75

65

55

40

Para nuestra velocidad de diseño: 80 km/h según los datos de la tabla, obtenemos una DS de 105 m para condiciones de suelo mojado. Éste es el valor que usaremos para nuestros cálculos. DS = 105m

6.3.2. Sistema de alumbrado Actualmente se usan dos sistemas de alumbrado en túneles, el simétrico y el asimétrico a contraflujo. Podemos caracterizar el alumbrado en túneles por el parámetro de calidad de contraste, o coeficiente de revelado de contraste que es el ratio entre la luminancia de la calzada L en cd/m2 y la iluminancia vertical Ev en un punto determinado del túnel:

qc=

L Ev

Ev mide a nivel de la calzada y en dirección de la circulación de los vehículos orientada hacia la entrada la iluminancia vertical de un obstáculo. Alumbrado simétrico: El alumbrado simétrico es el normalmente usado. En éste, la distribución de intensidad luminosa de la instalación de alumbrado es simétrica respecto al plano perpendicular al eje del túnel. Con este alumbrado se pretende favorecer una visión de los obstáculos en contraste positivo, es decir, el objeto se destaca claro sobre el fondo oscuro de la calzada y de las paredes. El sistema simétrico es siempre usado en el interior de los túneles, pudiéndose también usar 24

Iluminación Eficiente de un túnel.

en la entrada de los mismos si la velocidad de diseño no es muy elevada. Cuando se pretendan alcanzar niveles de luminancias a la entrada por encima de las 200 cd/m2 habrá que recurrir al sistema asimétrico “a cotraflujo” o intentar reducir los requerimientos de iluminación en la zona umbral. Alumbrado “a contraflujo”: El sistema de alumbrado a contraflujo dispone las luminarias de forma que dirige la distribución luminosa contra el sentido de la circulación del tráfico. Con este sistema se pretende favorecer la visión de obstáculos por contraste negativo, de forma que destaquen oscuros sobre el fondo claro de la calzada y las paredes del túnel. Esto se debe a que los obstáculos vistos por los conductores poseen una iluminancia vertical baja, mientras que la luminancia de la calzada es alta. Este sistema sólo se usa en la zona de entrada de los túneles cuando la limitación de velocidad es elevada debido a las ventajas económicas que representa. Nunca se instala en la zona del interior. El alumbrado asimétrico tiene un rendimiento del alumbrado mayor pero presenta algunos inconvenientes que limitan su uso como que la sensación de comodidad visual en la conducción es reducida, pueden provocar un cierto deslumbramiento y que no son muy apropiados cuando las entradas del túnel permiten gran entrada de la luz natural. Además su efectividad es menor con altas intensidades de circulación y altos porcentajes de vehículos pesados. En túneles bidireccionales debe evitarse su utilización dado que modificaría las condiciones de visión de los conductores que circularan en el carril del sentido opuesto. 6.3.3. Zonas de alumbrado El citado efecto de adaptación del ojo hace que debamos definir diferentes zonas de iluminación en las que se vaya disminuyendo los niveles de luminancia, teniendo en cuenta el tiempo de adaptación del conductor y los saltos de luminancia que es capaz de admitir su visión para seguir percibiendo los objetos. Las distintas zonas se enumeran a continuación:  Zona de acceso o aproximación: Es la zona situada inmediatamente antes de entrar en el túnel y tiene una distancia similar a la distancia de seguridad. El conductor debe poder ver dentro del túnel.  Zona umbral: es el primer tramo del túnel, con una distancia igual a la distancia de seguridad. En ella es donde más altos serán los niveles de iluminación.  Zona de transición: Es la zona siguiente a la zona umbral. En ella los niveles de 25

Iluminación Eficiente de un túnel.

iluminación disminuyen progresivamente hasta los niveles más bajos de la zona interior.  Zona Interior: En ella, el ojo ha tenido tiempo suficiente para adaptarse y solo se mantiene una iluminación necesaria para la correcta circulación.  Zona de salida: Al final del túnel también es necesario adaptar la iluminación para los niveles exteriores de la salida. Estas zonas deben cumplir con la curva de adaptación del ojo, para ello se definen los siguientes parámetros, o luminancias relacionadas con cada una de estas zonas:     

L20 Luminancia de la zona de acceso Lth Luminancia de la zona de umbral Ltr Luminancia en la zona de transición Ln Luminancia en la zona interior Lex Luminancia en la zona de salida

Imagen tomada de la CIE88:2002. El cálculo de L20 es determinante para el diseño de la instalación. Si no tenemos la posibilidad de realizar mediciones directas podemos obtenerla de manera aproximada si

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Iluminación Eficiente de un túnel.

tenemos en cuenta, entre otros parámetros, la situación del túnel y la orientación. Una vez determinada la L20, podemos determinar la luminancia en la zona de acceso mediante el factor K, que depende de la DS, del sistema de alumbrado y de la clase de alumbrado. Lth=K∙L20

6.3.4. Cálculo de los niveles de iluminación Luminancia en la zona de acceso (L20)

La Zona de acceso tiene una longitud similar a la distancia de seguridad (DS). Su luminancia L20 se define como la media de la luminancia contenida en un campo de visión cónico de 20 grados centrado en el ojo de un observador situado a una distancia igual a DS y orientado hacia un punto a una altura de ¼ de la boca del túnel. El valor a calcular será el nivel de luminancia máximo que se da con suficiente frecuencia a lo largo del año. En ausencia de mediciones reales, en este caso se usará un método empírico simplificado para el cálculo de L20. La siguiente tabla extraída de la publicación para iluminación de túneles de dialux da un valor aproximado dependiendo de los porcentajes de cielo y de entorno que se ven en un campo de visión de 20 grados, a una distancia equivalente a DS y de los parámetros definidos más abajo.

Luminancia media de la zona de acceso L20 (Kcd/m2) 27

Iluminación Eficiente de un túnel.

Tipos de Vías

Situación de brillo en el campo de visión DS de 60 m DS de 100 a 160 m

Porcentaje de cielo (%) en los campos de visión cónicos a 20º 35% 25% 10% 0% NORMAL NIEVE NORMAL NIEVE NORMAL NIEVE NORMAL NIEVE B A B A B A B A B A B A B A B A

4

(1)

(1)

(1)

(1)

(2)

(3)

(2)

(3)

(4)

(4)

4

4

2,5

3

1,5

1,5

6

4

6

4

6

4

6

3

4,5

3

5

2,5

5

Siendo: (1) Efecto dependiente fundamentalmente de la orientación del túnel:

“B”: Bajo. En el hemisferio norte: entrada sur. “A”: Alto. En el hemisferio norte: entrada norte. (2) Efecto dependiente fundamentalmente del brillo de los alrededores:

“B”: Bajo. Reflectancias de los alrededores bajas. “A”: Alto. Reflectancias de los alrededores altas. (3) Efecto dependiente fundamentalmente de la orientación del túnel:

“B”: Bajo. En el hemisferio norte: entrada norte. “A”: Alto. En el hemisferio norte: entrada sur. Para entradas este y oeste deben elegirse valores intermedios entre bajo y alto. (4) Para una distancia de parada de 60 m, no se encuentran en la práctica porcentajes de cielo del 35%

Para nuestro túnel, tendremos: Entrada SURESTE: En la entrada sureste, tenemos un 4% de cielo. Para un 10% de cielo, con reflectancias de alrededores bajas y sin nieve, tenemos un valor de 3, y para porcentaje de cielo 0 será de 2,5. Por lo tanto para nuestro porcentaje de 4% de cielo… Será un valor de 2.92 kcd/m2 L20 (SE)= 2920 cd/m2 Entrada NOROESTE: En este caso vamos a suponer un porcentaje de cielo del 10%, con unas reflectancias de alrededores altas, por lo que nuestro valor según la tabla será de 4,5 kcd/m2 L20 (NO)=4500 cd/m2

28

2,5

5

Iluminación Eficiente de un túnel.

Luminancia en la zona umbral Lth Lth es la luminancia al inicio de la zona umbral y se relaciona con L20 a través del factor K. Para el cálculo del factor K es necesario obtener la clase de alumbrado del túnel, para ello clasificamos el túnel según los siguientes aspectos: la intensidad y la composición del tráfico, el guiado visual y la comodidad de la conducción. Cada uno de ellos se clasifica a su vez con un factor de ponderación que sirve para calcular la clase de alumbrado del túnel. Intensidad del tráfico La intensidad de tráfico, medida como número de vehículos por hora y por carril, es usada para obtener el factor de ponderación correspondiente en la siguiente tabla. Intensidad de tráfico (vehículos/hora por carril) Unidireccional Bidireccional 1200

Factor de ponderación 0 1 2 3 4 5 6 7

Vamos a usar un valor de 800 vehículos por hora y carril. Lo que nos da un factor de ponderación por intensidad de tráfico de 5. Composición del tráfico Además del número de vehículos por hora, la dificultad de circulación se ve afectada por la composición del mismo en varios aspectos: - Porcentaje de camiones. - Presencia o ausencia de motociclistas o ciclistas. - Limitación o no sobre la circulación con mercancías peligrosas. El diseño del alumbrado en los túneles debe ser adaptado a la composición del tráfico requiriendo mayores niveles de iluminación en la calzada y las paredes cuando las condiciones son más difíciles o peligrosas. 29

Iluminación Eficiente de un túnel.

En la tabla siguiente se refleja estos aspectos con un factor de ponderación: Composición del tráfico Trafico motorizado Trafico motorizado (porcentaje de camiones >15%) Tráfico mixto

Factor de Ponderación 0 1 2

Con un porcentaje de camiones de 16%, el factor de ponderación será de 1. Guiado visual La información que recibe un conductor durante el recorrido del túnel debe ser suficiente y adecuada, esto se consigue por ejemplo dividiendo la superficie longitudinal del túnel en varias superficies de contraste, por ejemplo con paredes claras y techo oscuro. El guiado visual es especialmente importante cuando el usuario se aproxima al túnel o si la cota de la entrada es baja. La siguiente tabla recoge el factor de ponderación en función del guiado visual:

Guiado visual Guiado visual bueno Guiado visual pobre

Factor de ponderación 0 2

El alumbrado debe favorecer el guiado visual del túnel, mejorando la visibilidad de la calzada y de la señalización vertical y horizontal. Buen guiado visual. Factor de ponderación =0. El nivel de alumbrado debe facilitar el guiado visual incrementando la visibilidad de la calzada y de la señalización horizontal y vertical. Se recomiendo además la colocación de balizamiento en calzada y paredes, por lo que para clasificar el guiado visual como bueno o no, se debe tener en cuenta la presencia de captafaros u otros dispositivos retroreflectantes o de señalización luminosa. Comodidad en la conducción La comodidad en la conducción se debe tener en cuenta a la hora de la elección del alumbrado, entendiéndose como la completa información y la carencia de complejidad en el campo visual. Los factores de ponderación en función de la comodidad de conducción son los siguientes:

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Comodidad en la conducción Se requiere una baja comodidad Se requiere una comodidad media Se requiere una comodidad elevada

Factor de ponderación 0 2 4

En nuestro caso, tenemos una adecuada información y una complejidad baja en el campo visual por lo que este factor de ponderación será igual a cero Clase de alumbrado Según los distintos factores de ponderación calculados, obtenemos la clase de alumbrado en la siguiente tabla: Suma de factores de ponderación 0-3 4-5 6-7 8-9 10-11 12-13 14-15

Factor de ponderación 1 2 3 4 5 6 7

Nuestros factores suman 6, por tanto la clase de alumbrado es 3. Alumbrado clase 3

Determinación del valor K Una vez definidos el sistema de alumbrado, la distancia de seguridad y la clase de alumbrado, podemos determinar el valor del parámetro K recomendado que nos relaciona la luminancia de la zona umbral y la zona de acceso para que la entrada al túnel del conductor sea segura desde el punto de vista visual.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Valores de k.103 para la zona umbral. Sistema de alumbrado Clase de alumbrado 1 2 3 4 5 6 7

Contraflujo Distrancia de seguridad 60 m 100 m 160 m 10 15 30 15 20 40 20 30 45 25 35 50 30 40 55 35 45 60 40 50 70

Simetrico Distancia de seguridad 60 m 100 m 160 m 10 20 35 20 25 40 25 35 45 30 40 50 35 50 65 40 55 80 50 60 100

Notas: Para distancias de seguridad comprendidas entre las señaladas(60, 100 y 160m), los valores del factor k se obtienen por interpolación lineal entre las cifras establecidas. Las distancias de seguridad de 60, 100 y 160 m equivalen respectívamente a velocidades de diseño del tunel de 60, 80 y 100km/h. El valor de k para una clase 3 y una DS de unos 100m será: 25.10-3 para contraflujo y de 35.10-3 para simétrico. Nuestra DS es de 105 m. Vamos a probar con una iluminación simétrica, por lo que nuestro valor k será de 35 para DS=100. Ponderando, sale una k de 35,8 K=35,8 De esta forma tendremos Lth=K∙L20, con K=35,8 Con los valores de L20 respectivos para cada entrada. Lth(SE)=104,5 dc/m2 Lth(SE)=161,1 dc/m2

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Longitud de la zona umbral La longitud total de la zona umbral debe ser al menos igual a la DS. En la primera mitad de esa distancia, el nivel de luminancia debe permanecer igual a la Lth calculada para la entrada. Se recomienda que a partir de la mitad de la zona umbral la luminancia descienda gradual y linearmente hasta un valor de 0,4Lth. Este decremento puede realizarse de forma escalonada pero nunca debe descender por debajo del valor correspondiente al descenso gradual descrito. Luminancia en la zona de transición La zona de transición viene tras la zona umbral y en ella la luminancia disminuye desde 0,4Lth hasta los niveles de la zona interior. La aproximación matemática que representa la curva de adaptación del ojo es la siguiente y se representa en la figura que viene a continuación. −1,428

Ltr =Lth⋅(1,9+ t )

(Esquema según manual Indalux.)

En cualquier punto de la calzada, la luminancia media debe ser igual o superior a la definida por dicha figura. En la práctica se definen varios escalones que sin exceder de la relación 3:1, 33

Iluminación Eficiente de un túnel.

vayan disminuyendo la luminancia hasta llegar a un nivel igual a tres veces el nivel de la zona interior, donde se considerará que se ha alcanzado el final de la zona de transición. El último escalón no debe ser mayor que dos veces la luminancia de la zona interior. La luminancia media de las paredes no debe ser menor que la luminancia media de la calzada en toda posición del túnel durante la zona de transición. Luminancia en la zona interior Entre la zona de transición y la zona de salida se encuentra la zona interior. Se caracteriza porque en ella los niveles de luminancia son constantes y son los más bajos del túnel. Estos niveles se establecen en función de la DS y de la clase del túnel según la siguiente tabla, dichos niveles deben asegurar la visión de obstáculos a una distancia igual o superior a DS y el correcto guiado a lo largo del túnel. En los túneles considerados de muy largo recorrido se distinguen dos subzonas dentro de la zona interior. La primera de ellas corresponde a una longitud tal que es cubierta en 30 segundos a la velocidad de diseño y debe ser iluminancia con los niveles dados para los “túneles de largo recorrido”. La segunda subzona corresponde al recorrido interior restante y debe ser iluminado con los niveles dados para los “túneles de muy largo recorrido”. Tabla 6.7.1 CIE 88:2004. Luminancia en la zona interior en túneles largos Distancia de parada (m) 160 m 60 m

Flujo de tráfico (veh/hora/carril) Bajo Alto 6 10 3 6

Tabla 6.7.2 CIE 88:2004. Luminancia en la segunda subzona interior en túneles largos Distancia de parada (m) 160 m 60 m

Flujo de tráfico (veh/hora/carril) Bajo Alto 2,5 4,5 1 2

Para distancias de seguridad entre las descritas y flujos de tráfico intermedios se usa la interpolación lineal para hallar el dato de luminancia. Para túneles de un solo sentido, los valores de flujo de tráfico se consideran altos si están por 34

Iluminación Eficiente de un túnel.

encima de 1500 veh/hora/carril y bajos por debajo de 500. Tabla 6.7.3 CIE 88:2004. Clasificación del flujo de tráfico. Flujo de tráfico Alto Bajo

Un solo sentido >1500 < 500

Túneles de dos sentidos > 400 < 100

Como usamos para el diseño un flujo de 800 vehículos por hora y por carril, con una distancia de parada de 105, interpolando tenemos unas luminancias de 5,4 en la zona interior 1 y de 2,1 en la zona interior 2. Luminancia en la zona de salida Para asegurar una adecuada iluminación directa de pequeños vehículos y suficiente visión a través de los espejos retrovisores, la zona de salida debe ser iluminada de la misma manera que la zona interior del túnel. En situaciones donde la zona interior es larga, se recomienda que la luminancia diurna en la zona de salida vaya incrementándose linealmente en una distancia igual a SD antes del portal de salida, desde el nivel de la zona interior hasta un nivel 5 veces superior a este en los últimos 20 metros del túnel, esto nos deja una luminancia a la salida de 5*5,46=27,3 cd/m2 La razón de reforzar la iluminación en la zona de salida no es la adaptación del ojo, puesto que este proceso es mucho más rápido al pasar de zonas poco iluminadas a zonas que lo están más. En la zona de salida se deben iluminar los vehículos, especialmente los pequeños ya que en caso contrario podrían permanecer ocultos frente a otros de mayor tamaño debido al deslumbramiento originado por la Luz diurna a la salida del túnel. Esto también ayuda a tener una mejor visión por los espejos retrovisores en este tramo de salida. El aumento de la luminancia se hará sin superar la relación 3:1, en una longitud mayor o igual a DS y desde los niveles interiores hasta los niveles adecuados. Estos niveles serán de 5 Lin para clases de alumbrado 6 o 7, nivel que se debe alcanzar unos 20 metros antes de la salida. Para clases de 1 a 5, no es necesario el refuerzo a la salida, aunque si puede ser conveniente en casos donde por orientación o situación del túnel puedan darse fenómenos de deslumbramiento, sobre todo en las horas de salida y ocaso del sol. Si el túnel está en una carretera iluminada se recomienda dotar de un nivel al túnel entre 1,5 y 2 veces el exterior. Si la carretera no está iluminada, se recomienda iluminar la zona exterior inmediata a la salida 35

Iluminación Eficiente de un túnel.

del túnel en una longitud igual a 2 veces la DS o mínimo 200 m, con un nivel mínimo de 1/3 el que hay en la zona de salida del túnel. Luminancia en las paredes La luminancia media de las paredes en la zona de umbral, de transición, interior y de salida, hasta una altura de 2 m., debe ser similar a la luminancia media de la superficie de la calzada. Uniformidad de la luminancia de la calzada Se recomienda un ratio de 0,4 para el mínimo del valor medio de la luminancia en la carretera y sobre los muros hasta dos metros de altura. Se recomienda una uniformidad longitudinal de 0,6 a lo largo del centro de cada carril en la carretera. Tales valores de uniformidad deben ser mantenidos para cada paso de regulación de la instalación de iluminación. Por otra parte, en la zona de transición, así como en la segunda parte de la zona umbral, y en la zona de salida si existiera, la uniformidad de la luminancia debe ser calculada y medida en la parte central de cada etapa de la curva escalonada que sustituye a la curva continua de luminancias. Se recomienda que los valores anteriores deban ser alcanzados independientemente de la longitud de la etapa. Los valores de 0,4 y 0,6 corresponden a los valores para carreteras dados por la CIE 1151995. Control de efecto flicker Los cambios periódicos de luminancia en el campo de visión en un rango determinado de frecuencias y mantenidos un cierto tiempo pueden dar lugar al llamado efecto flicker que causaría molestias y malestar llegando a veces a efectos más graves. Al pasar por un túnel, el conductor puede experimentar estas molestias si la colocación de las luminarias no es correcta. La incomodidad visual experimentada depende de los siguientes factores:    

Frecuencia de los cambios de luminancia (frecuencia de parpadeo o Flicker) Duración total al que se ve sometido el conductor a dicha frecuencia. Velocidad de cambio de claro a oscuro en un solo ciclo. Relación entre las luminancias pico entre claro y oscuro. 36

Iluminación Eficiente de un túnel.

Para calcular la frecuencia de parpadeo o Flicker en una zona del túnel, se divide la velocidad del tráfico en metros/segundo por la separación entre luminarias en metros. En general, el efecto flicker es despreciable a frecuencias por debajo de 2,5 Hz y por encima de 15 Hz. Cuando la frecuencia de parpadeo está entre 4 y 11 HZ y la duración es de más de 20 s podrían aparecer las molestias visuales citadas y esas frecuencias deben evitarse a la hora de diseñar la instalación. Si queremos evitar frecuencias entre 2.5 y 15 Hz, para una velocidad de 80 km/h, la distancia entre dos luminarias consecutivas no debe estar en el rango de 1,5 y 8,8 metros.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Curvas teóricas de luminancias: cd/m2 frente a metros recorridos en el túnel. Los niveles de partida son los siguientes: Lth(NO): 104,5 cd/m2. Lth(SE): 161,1 cd/m2

Gráfico de la curva teórica NO-SE. Empieza en 161,1 cd/m2 y desciende hasta 5,4 cd/m2 en el interior del túnel. Luego llega a 27 cd/m2 a la salida.

Gráfico de la curva teórica de luminancias del túnel SE-NO. Comienza en 104,5, y al igual que el otro túnel llega en el interior hasta 5,4 cd/m2 y sale a 27 cd/m2.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

6.3.5. Niveles de regulación y sistema de control. La luminancia en la zona de acceso cambia según las condiciones de la luz diurna. Como los niveles de las zonas umbral y de transición son porcentajes constantes de la luminancia en la zona de acceso, es necesario un sistema de control para la iluminación de estas zonas. El control puede hacerse mediante dispositivos de regulación continua o por encendido y apagado en diferentes etapas. Como norma general, se toma el factor de reducción entre etapas no mayor de 3 por causas económicas y de confort visual. Aunque el sistema de control no entra dentro del alcance de este proyecto, se dan las siguientes recomendaciones acerca del mismo. Para que el control sobre la iluminación sea adecuado, la luminancia de la zona de acceso debe ser monitoreada de forma continua. Para ello se usará un luminancímetro colocado a la distancia de parada de la boca del túnel y orientado hacia ella. Por razones de mantenimiento debe montarse a una altura entre 2 y 5 metros sobre la calzada.

El dispositivo mide la luminancia de acceso instantánea, sin embargo, a partir de la misma debe derivarse su valor medio en un intervalo suficiente de tiempo para no tener en cuenta perturbaciones momentáneas del valor así como tener en cuenta la deterioración a lo largo del tiempo de los equipos y la luminancia alcanzada. Se recomienda medir la luminancia del interior con un segundo luminancímetro. De nuevo aquí, no es posible medir la luminancia desde la posición del ojo del conductor, por razones prácticas la altura de montaje debe ser mayor que cualquier camión o similar que pudiera 39

Iluminación Eficiente de un túnel.

cruzar el túnel, por ejemplo unos 4,5 metros. Aun así, la medida será diferente de la que percibe el conductor por lo que se aplicará un factor de corrección. En general, la diferencia entre el valor real y el corregido en la zona umbral debe ser tan pequeña como sea posible. Para cada instalación, la solución más económica debe ser considerada en base a la energía, y los costes de lámparas y de operación. El luminancímetro empleado debe ser capaz de medir el valor medio en un cono de 20 grados según se especifica en la normativa CIE88.2004. Regímenes: La iluminación en el interior del túnel depende de las condiciones de iluminación exterior en cada momento, por lo que se establecen los siguientes regímenes de funcionamiento: • Nivel 1 : Diurno Alto • Nivel 2 : Diurno Bajo • Nivel 3 . Crepuscular • Nivel 4 : Nocturno Además, para mejorar las condiciones de iluminación y facilitar la visión de los conductores, se deben tener en cuenta los siguientes puntos: En la zona de acceso se aconseja disminuir la luminancia exterior ya sea por medio de paneles, vegetación u oscureciendo el pavimento de forma que el cambio de luminosidad respecto al interior sea mínimo Los recubrimientos de las paredes y techo deben ser oscuros para controlar el deslumbramiento, procurando que tengan un factor de reflexión bajo. Iluminación en modo nocturno El alumbrado nocturno debe ser al menos igual al de la carretera de acceso en la entrada según la norma. Dado que se supone que no la carretera no está iluminada, se aplica una disminución del 10% respecto de la iluminación diurna. Como no se especifica nada sobre que longitud debe mantenerse este nivel, se mantendrá al igual que el resto de niveles, hasta una distancia igual a la mitad de DS, disminuyéndolo hasta alcanzar el nivel de iluminación interior especificado por la CIE.88.2004 que se calculó como 5,4 cd/m2, y que se supone igual para todos los niveles de regulación pues no se indica lo contrario. Los valores de uniformidad deben satisfacer las mismas exigencias que en el alumbrado diurno. La vía posterior a la salida del túnel debe iluminarse en una longitud igual a dos veces la 40

Iluminación Eficiente de un túnel.

distancia de seguridad y cómo mínimo en un recorrido de 200m, con una luminancia media superior a 1/3 de la luminancia de la cazada en la zona de salida del túnel. Elección de luminarias y potencias de iluminación. Para la iluminación vial del túnel se han elegido luminarias de tecnología LED, disponibles con un número de leds por luminaria de 30, 60, 80 y 120. El fabricante es RUUD Lighting y la gama de productos será la “Ruud Lighting LEDWAY E-tunnel”. Se trata de luminarias con temperatura de color de 4.000 K y rendimiento cromático 75, grado de protección IP66, alimentación interna en corriente continua a 700 mA (estándar) a través de driver electrónico de larga duración y una vida útil en condiciones de referencia L70 de más de 100.000 horas Se van a proponer dos soluciones según el sistema de regulación utilizado. En la solución tipo 1, la regulación se hará por encendido y apagado de circuitos. En la solución tipo 2, la regulación se llevará a cabo por un sistema de regulación continuo tipo 1-10V. Las características de las luminarias son las siguientes. Fabricante:

RUUD Lighting.

Modelo:

LEDWAY E-Tunnel.

Potencias: Numero de Leds 30 40 60 80 120

Potencia Luminaria (W) 72 92 139 183 272

Rendimiento lumínico 88,96 92,8 92,16 93,33 94,20

Lúmenes 6405 8540 12810 17080 25620

Factor de mantenimiento de la luminaria y vida útil de las luminarias a la corriente de pilotaje de 700 mA y a condiciones de temperatura de 25 ºC: Corriente de Pilotaje (estándar) 700 mA

FDFL 25000 H

FDFL 50000 H

FDFL 100000 H

L70

0,94

0,88

0,75

129.000 Horas

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Iluminación Eficiente de un túnel.

6.4. Curva real de luminancias Los valores que se han obtenido para las luminancias en la zona umbral son los siguientes:  Túnel NO-SE:

Lth(NO)= 104,5 cd/m2

 Túnel SE-NO:

Lth(SE)=161,1 cd/m2

Estos valores deben ser magnificados según el factor de mantenimiento obtenido Fm=0,8 Tendremos unos valores de:  Túnel NO-SE:

Lth(NO)= 130,6 cd/m2

 Túnel SE-NO:

Lth(SE)=201,4 cd/m2

La curva teórica de luminancias se modifica por igual afectada por el factor de mantenimiento. Para hallar la curva de iluminación real usamos el programa DIALUX. De esta forma definiremos los tramos de iluminación para adaptarnos de forma escalonada a la curva teórica de luminancias modificada con el fm, siempre sin sobrepasar los valores mínimos definidos por la misma. Dado que el factor de mantenimiento nos hace sobredimensionar la instalación con el objetivo de que al final de la vida de las luminarias aún se mantengan los niveles mínimos exigidos, en la segunda de las opciones de regulación se propone la posibilidad de medir la iluminancia real actualizada y usar el sistema de regulación 1-10V para reducir los niveles hasta los mínimos, reduciendo así el gasto energético propio de la sobredimensión inicial. Para conseguir esto necesitamos un luminancímetro colocado a la distancia de seguridad de la boca del túnel y orientado hacia el mismo, y conectarlo al sistema de control de forma que sea capaz de autorregularse. Haciendo uso del programa DIALUX definimos los distintos tramos de adaptación a las curvas de luminancia. Tenemos en cuenta los datos, características y curvas fotométricas

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Iluminación Eficiente de un túnel.

aportados por el fabricante de las luminarias elegidas. Las luminancias de los tramos para la adaptación a las curvas teóricas de luminancias se representan en la siguiente tabla donde se especifican las luminancias de servicio al final de su vida útil, la distancia de cada tramo, la distancia entre dos luminarias consecutivas en cada tramo, el tiempo que tarda un vehículo en atravesar cada tramo y la potencia eléctrica consumida. En los gráficos de las curvas reales de luminancias se puede observar que en ningún caso la luminancia conseguida en el tramo desciende por debajo del nivel mínimo exigido en cada punto. Existen tramos que no cumplen la condición de interdistancia requerida para evitar el efecto flicker, pero se permite debido a que el tiempo de dicho tramo es mucho menor de 20 segundos. La distribución de luminarias se puede ver en los planos 3, 4 y 5.  Plano 3. Esquema de luminarias del túnel NO.  Plano 4. Esquema de luminarias del túnel SE.  Plano 5. Luminarias por tramos. Túnel NO.  Plano 6. Luminarias por tramos. Túnel SE.

.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Tabla de tramos y luminancias Potenci segundo leds por Luminari cd/ Distanci Interdistanc a tipo Túnel Tramo s del luminar as por m2 a (m) ia (m) luminar tramo ia tramo ia (W) NO_01 161 71,1 3,2 0,49 60 290 139 NO_02 125 17,7 0,8 0,64 60 56 139 NO_03 93 17,7 0,8 0,85 60 42 140 NO_04 64 15,5 0,7 1,2 60 26 141 NO_05 42 19,9 0,9 1,25 40 32 92 26,6 1,2 1,48 30 36 72 NO- NO_06 27 SE NO_07 18 64,4 2,9 2,22 30 58 72 NO_08 9,2 71,1 3,2 8,89 60 16 139 NO_09 5,46 591,0 26,6 9,38 40 126 92 NO_10 9,2 17,7 0,8 8,89 60 4 139 NO_11 18 33,3 1,5 2,22 30 30 72 NO_12 27 53,3 2,4 1,48 30 72 72 TOT 999,9 45 38,99 AL SE_01 104 71,1 3,2 0,77 60 184 139 SE_02 81 15,5 0,7 0,97 60 32 140 SE_03 64 17,7 0,8 1,27 60 28 141 SE_04 42 17,7 0,8 1,27 40 28 92 SE_05 27 19,9 0,9 1,43 30 28 72 SESE_06 18 44,4 2 2,22 30 40 72 NO SE_07 9,2 55,5 2,5 8,89 60 12 139 SE_08 5,46 653,2 29,4 9,38 40 140 92 SE_09 9,2 17,7 0,8 8,89 60 4 139 SE_10 18 33,3 1,5 2,22 30 30 72 SE_11 27 53,3 2,4 1,48 30 72 72 TOT 999,9 45 38,79 AL

Potenci a tramo (W) 40310 7784 5880 3666 2944 2592 4176 2224 11592 556 2160 5184 89068 25576 4480 3948 2576 2016 2880 1668 12880 556 2160 5184 63924

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Las curvas correspondientes se muestran a continuación. Representan la luminancia en cd/m2 frente a la distancia recorrida en el túnel.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

A continuación se incluyen las hojas de datos de las luminarias utilizadas: 30, 40 y 60 Leds:

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Proyecto 1 10.10.2013

Proyecto elaborado por Teléfono Fax e-Mail

RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led / Hoja de datos CDL Luminaria: RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led Lámparas: 1 x 30 LED 700mA 4K

Página 1

Proyecto 1 10.10.2013

Proyecto elaborado por Teléfono Fax e-Mail

RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led / Hoja de datos

Deslumbramiento Luminaria: RUUD LXD1ST03D** Ledway E-Tunnel 1S 30Led

Para esta luminaria no puede presentarse ninguna tabla UGR porque carece de atributos de simetría.

Lámparas: 1 x 30 LED 700mA 4K

Página 1

Proyecto 1 10.10.2013

Proyecto elaborado por Teléfono Fax e-Mail

RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led / Hoja de datos CDL Luminaria: RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led Lámparas: 1 x 40 LED 700mA 4K

Página 1

Proyecto 1 10.10.2013

Proyecto elaborado por Teléfono Fax e-Mail

RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led / Hoja de datos

Deslumbramiento Luminaria: RUUD LXD1ST04D** Ledway E-Tunnel 1S 40Led

Para esta luminaria no puede presentarse ninguna tabla UGR porque carece de atributos de simetría.

Lámparas: 1 x 40 LED 700mA 4K

Página 1

Proyecto 1 10.10.2013

Proyecto elaborado por Teléfono Fax e-Mail

RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led / Hoja de datos CDL Luminaria: RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led Lámparas: 1 x 60 LED 700mA 4K

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Proyecto 1 10.10.2013

Proyecto elaborado por Teléfono Fax e-Mail

RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led / Hoja de datos

Deslumbramiento Luminaria: RUUD LXD1ST06D** Ledway E-Tunnel 1S 60Led

Para esta luminaria no puede presentarse ninguna tabla UGR porque carece de atributos de simetría.

Lámparas: 1 x 60 LED 700mA 4K

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Iluminación Eficiente de un túnel.

6.5. Regulación de las luminarias Las luminarias seleccionadas permiten varias opciones de regulación. Frente a la opción de encendido y apagado de circuitos, contemplamos la posibilidad de una regulación contínua por el protocolo 1-10V. Regulación por encendido y apagado de circuitos En este tipo de sistema, la regulación se realiza dividiendo los circuitos según los distintos regímenes, de forma que los niveles correspondientes a los mismos se consiguen por encendido, apagado y combinación de los circuitos. De esta forma se requiere un circuito correspondiente al alumbrado base, y luego sucesivos circuitos que irán añadiendo niveles de luminancia para adaptarse a cada nivel de regulación. Tiene como ventaja la simplicidad pero está limitado en cuanto a número de niveles y requiere un cuidadoso estudio de la posición de las luminarias para cumplir los requisitos de iluminación. Además este sistema no mantiene constante la uniformidad de la iluminación entre niveles. Regulación continua. Protocolo 1-10V Las ventajas de este sistema son:  Regulación más versátil con posibilidad de niveles mucho más continuos y no tan limitados como en el otro sistema.  Conservación de la uniformidad en todos los niveles de alumbrado.  Control punto a punto de la intensidad de iluminación.  Posibilidad de compensación del sobredimensionamiento por el factor de mantenimiento.  Simplicidad del cableado.  Mayor información del estado de las luminarias al colocar el driver y el plc punto a punto. Las desventajas son:  Mayor coste de inversión debido a la instalación de los dispositivos de regulación. 53

Iluminación Eficiente de un túnel.

 Requiere un sistema de control más sofisticado. Selección de sistema de regulación:  Se usará el sistema de regulación continua con protocolo 1-10V. Según las especificaciones del fabricante, el sistema empleado por Ruud Lighting – Tecartex para la regulación es el de ondas portadoras con protocolo 1-10V. Ruud lighting utiliza la tecnología de ondas portadoras para la gestión del flujo luminoso en las luminarias LED con intensidad de luz regulable. El sistema funciona sobreponiendo al transporte de corriente una señal de frecuencia más elevada. La regulación de la intensidad de la luz se efectúa con una señal analógica 1-10V desde un mínimo aproximadamente de 70mA hasta un máximo de 525 mA o 700 mA según el caso. Las luminarias se sirven de un driver electrónico con regulación de intensidad al que está adosado un módulo de control denominado Control Box. El módulo se encarga de dialogar directamente con el driver, tanto para recibir informaciones sobre el estado y el funcionamiento del mismo como para regular la corriente de alimentación de los drivers y por lo tanto, la intensidad del flujo luminoso de la luminaria. Todas las luminarias pueden ser controladas por una centralita CU collecting Unit que se encarga de recoger los datos sobre el funcionamiento del driver y de enviar a la control box el valor de la regulación que debe realizar en el driver. El sistema es programado mediante software del propio fabricante y que permite crear varios perfiles de regulación de la intensidad.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Tabla de regulación con 1-10V: Corriente Multiplicador Multiplicador mA de potencia de lúmenes =7.5 700 1.00 1.00

0-10V

En base a la tabla anterior se pueden definir los distintos niveles de regulación. La norma recomienda no aplicar una reducción instantánea superior a 1/3. Para ello, se usan los siguientes niveles: Corriente Multiplicador Multiplicador mA de potencia de lúmenes =7.5 Diurno Alto 700 1.00 1.00

0-10V

Régimen

El primero de ellos sería a plena capacidad: diurno Alto. Ello nos da las siguientes tablas donde se recogen los valores de potencia y luminancia para los distintos tramos:

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Luminancia según el régimen (cd/m2) Diurno Diurno Crepuscular Nocturno Alto Medio NO_01 161 111,09 70,84 35,42 NO_02 125 86,25 55 27,5 NO_03 93 64,17 40,92 20,46 NO_04 64 44,16 28,16 14,08 NO_05 42 28,98 18,48 9,24 NO_06 27 18,63 11,88 5,94 NO_07 18 12,42 7,92 3,96 NO_08 9,2 6,348 4,048 2,024 NO_09 5,46 3,7674 2,4024 1,2012 NO_10 9,2 6,348 4,048 2,024 NO_11 18 12,42 7,92 3,96 NO_12 27 18,63 11,88 5,94 Total Túnel NO SE_01 104 71,76 45,76 22,88 SE_02 81 55,89 35,64 17,82 SE_03 64 44,16 28,16 14,08 SE_04 42 28,98 18,48 9,24 SE_05 27 18,63 11,88 5,94 SE_06 18 12,42 7,92 3,96 SE_07 9,2 6,348 4,048 2,024 SE_08 5,46 3,7674 2,4024 1,2012 SE_09 9,2 6,348 4,048 2,024 SE_10 18 12,42 7,92 3,96 SE_11 27 18,63 11,88 5,94 Total Túnel SE Total Tramo

Potencia según el régimen (W) Diurno Diurno Crepuscular Nocturno Alto Medio 40310 24186 13302 4837 7784 4670 2569 934 5880 3528 1940 706 3666 2200 1210 440 2944 1766 972 353 2592 1555 855 311 4176 2506 1378 501 2224 1334 734 267 11592 6955 3825 1391 556 334 183 67 2160 1296 713 259 5184 3110 1711 622 89068 53441 29392 10688 25576 15346 8440 3069 4480 2688 1478 538 3948 2369 1303 474 2576 1546 850 309 2016 1210 665 242 2880 1728 950 346 1668 1001 550 200 12880 7728 4250 1546 556 334 183 67 2160 1296 713 259 5184 3110 1711 622 63924 38354 21095 7671 152992 91795 50487 18359

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Gracias al software y al sistema de control con luminancímetro, se puede adaptar la luminancia entregada por el sistema a la luminancia exterior real. De esta forma al inicio, se puede compensar la sobredimensión dada por el fm , siempre y cuando se mantenga la luminancia por encima del valor mínimo requerido por la curva de luminancias sin el fm aplicado. Iluminación en modo nocturno. Si el túnel está en una sección de vía iluminada, la calidad de iluminación en el interior del túnel debe ser al menos igual al nivel de la zona de acceso. La uniformidad en la noche debe cumplir los mismos requerimientos que durante el día.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

7. Instalación eléctrica Previsión de cargas La potencia instalada se ha calculado como la suma de todas las potencias de cada luminaria. P(circuito) = P (luminaria)*Nº de luminarias Para la potencia de cálculo no se usa el factor de 1,8 que si se usa en el caso de lámparas de descarga puesto que las lámparas leds no entran dentro de esta definición y carecen de las razones por las que es necesario este factor de multiplicación. La siguiente tabla recoge la potencia por tramos de iluminación. TRAMO NO_01 NO_02 NO_03 NO_04 NO_05 NO_06 NO_07 NO_08 NO_09 NO_10 NO_11 NO_12 SE_01 SE_02 SE_03 SE_04 SE_05 SE_06 SE_07 SE_08 SE_09 SE_10 SE_11 Total Túnel NO Total Túnel SE Potencia total instalada

Potencia (W) 40310 7784 5880 3666 2944 2592 4176 2224 11592 556 2160 5184 25576 4480 3948 2576 2016 2880 1668 12880 556 2160 5184 89068 63924 152992 58

Iluminación Eficiente de un túnel.

La intensidad máxima admisible se ha calculado para la temperatura máxima del aislante. En los circuitos individuales de alumbrado se ha aplicado el factor correspondiente por agrupación de circuitos en bandeja perforada. Para la selección final de los cables se ha tenido en cuenta la longitud máxima del circuito en base a su sección y a la protección empleada. (Ver bibliografía, capítulo g, tabla g49 de Schneider electric).

Circuito C_01 C_02 C_03 C_04 C_05 C_06 C_07 C_08 C_09 C_10 C_11 C_12 C_13 C_14 C_15 C_16 C_17 C_18 C_19 C_20

Potencia (W) Longitud del circuito (m) 20155,00 500 20155,00 500 6832,00 429 6832,00 429 9723,39 394 9723,39 394 3873,61 396 3873,61 396 3950,00 500 3950,00 500 6493,40 500 6493,40 500 3896,60 256 3896,60 256 8784,00 156 8784,00 156 6394,00 450 6394,00 450 6394,00 500 6394,00 500

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Correspondencia de los circuitos con los tramos.

Circuito C_01 C_02 C_03 C_04 C_05 C_06 C_07 C_08 C_09 C_10 C_11 C_12 C_13 C_14 C_15 C_16 C_17 C_18 C_19 C_20

Tramo NO_01. Lado A Tramo NO_01. Lado B Tramos NO_02 y 03. Lado A Tramos NO_02 y 03. Lado B Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una longitud de 196 metros. Lado A Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una longitud de 196 metros. Lado B Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A Tramos NO_10, 11 y 12. Lado A Tramos NO_10, 11 y 12. Lado B Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud de 396 m. Lado A Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud de 396 m. Lado B Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado A Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado B Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado A Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado B 35 m del tramo SE_01. Lado A 35 m del tramo SE_01. Lado B Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado A Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado B

La potencia instalada total es 152992 W.

Características del suministro El suministro será a BT a 230/400V a través de un transformador de la compañía distribuidora y de una acometida hasta el CPM (cuadro de protección y medida). A continuación tendremos los dispositivos de protección y mando de los circuitos de alumbrado que son los únicos considerados en este proyecto. La intensidad de cortocircuito de la red es de 12kA. Valor que se supone facilitado por la compañía distribuidora. La frecuencia es de 50 Hz. 60

Iluminación Eficiente de un túnel.

Caja general de protección. CGP Al tratarse de un suministro a un único usuario, no existe línea general de alimentación (LGA) y la caja general de protección incluye los equipos de medida. Dicho elemento se denominará caja de protección y medida (CPM). En consecuencia, el fusible de seguridad ubicado antes del contador coincide con el fusible que incluye una CGP. Según la ITC-BT-13: Las cajas generales de protección a utilizar corresponderán a uno de los tipos recogidos en las especificaciones técnicas de la empresa suministradora que hayan sido aprobadas por la Administración Pública competente. Dentro de las mismas se instalarán cortacircuitos fusibles en todos los conductores de fase o polares, con poder de corte al menos igual a la corriente de cortocircuito prevista en el punto de su instalación. El neutro estará constituido por una conexión amovible situada a la izquierda de las fases, colocada la caja general de protección en posición de servicio, y dispondrá también de un borne de conexión para su puesta a tierra si procede. El esquema de caja general de protección a utilizar estará en función de las necesidades del suministro solicitado, del tipo de red de alimentación y lo determinará la empresa suministradora. Las cajas generales de protección cumplirán todo lo que sobre el particular se indica en la Norma UNE-EN 60.439 -1, tendrán grado de inflamabilidad según se indica en la norma UNE-EN 60.439 -3, una vez instaladas tendrán un grado de protección IP43 según UNE 20.324 e IK 08 según UNE-EN 50.102 y serán precintables. Derivación Individual Es la parte de la instalación que, partiendo de la caja de protección y medida, suministra energía eléctrica a una instalación de usuario. Comprende los fusibles de seguridad, el conjunto de medida y los dispositivos generales de mando y protección. Está regulada por la ITC-BT-15. Al no existir LGA, la caída máxima de tensión en la D.I. será del 1,5%. La derivación individual está formada por conductores de cobre 3x(1x240)+1x240+T mm², con aislamiento de PVC, de temperatura máxima de aislante de 70ºC, no propagadores del incendio y con emisión de humos y opacidad reducida. Los cables serán empotrados.

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Iluminación Eficiente de un túnel.

Dispositivos generales e individuales de mando y protección Siguiendo lo estipulado por la ITC-BT17, los dispositivos generales de mando y protección se situarán lo más cerca posible del punto de entrada de la derivación individual. Los dispositivos individuales de mando y protección de cada uno de los circuitos son el origen de la instalación interior, El cuadro se situará a la mitad de la longitud del túnel, en una de las comunicaciones entre ambos tubos. Los dispositivos generales e individuales de mando y protección serán:  Un interruptor general automático de corte omnipolar, con opción de accionamiento manual y que esté dotado de elementos de protección contra sobrecarga y cortocircuitos.  Dispositivos de corte omnipolar, destinados a la protección contra sobrecargas y cortocircuitos de cada uno de los circuitos interiores.  Interruptores diferenciales en cada uno de los circuitos interiores para la protección contra contactos indirectos. Se prescinde por tanto del interruptor diferencial general. Todas las masas de los equipos eléctricos protegidos por un mismo dispositivo de protección, deben estar interconectadas y unidas por un conductor de protección a una misma toma de tierra. Cuadro general. El cuadro se situará a la mitad de la longitud del túnel, en una de las comunicaciones entre ambos tubos en un cuarto habituado para ello y sin ser accesible por el personal no autorizado.

Distribución Lo relativo a este apartado se regula según la ITC-BT-19. El tipo de distribución de la instalación seguirá un esquema TT. La derivación Individual se realizará con conductores de cobre y aislamiento PVC, con temperatura máxima de aislante de 70ºC, y tensión asignada de 750V.

La instalación interior se realizará con conductores de cobre libre de halógenos, con 62

Iluminación Eficiente de un túnel.

aislamiento RZ1-K(AS) 0,6/1kV. Acompañando a los conductores que forman cada circuito, irá el conductor de protección, con el mismo aislamiento que los conductores activos. Se pondrán a tierra todos los elementos metálicos de la instalación, y todas las tomas de corriente llevarán toma de tierra. El valor de la caída de tensión podrá compensarse entre la de la instalación interior (3% para circuitos de alumbrado) y la de la derivación individual (1,5 %), de forma que la caída de tensión total sea inferior a la suma de los valores límites especificados para ambas (4,5%). La sección del conductor neutro será igual a la de las fases. Las intensidades máximas admisibles se calculan en base a la tabla 1 de la ITC-BT-19. En el caso de los circuitos interiores, se colocarán en bandeja perforada en agrupaciones de 5 circuitos por lo que se aplica un factor de 0,75 a la intensidad máxima admisible según la misma instrucción técnica. La identificación de los conductores seguirá el código de colores especificado en la norma, siendo el color azul para el neutro, el amarillo-verde para el conductor de protección y el marrón, negro y gris para los tres conductores de fase. En la tabla 2 de la ITC-BT-19 se especifica las secciones mínimas para el conductor de protección. Secciones de los conductores de fase o polares de la instalación. (mm2) S≤16 16S

Secciones mínimas de los conductores de protección. (mm2) S(*) 16 S/2

(*) con un mínimo de: 2,5 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica. 4 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica.

63

Iluminación Eficiente de un túnel.

Subdivisión de las instalaciones. Toda instalación se dividirá en varios circuitos, según las necesidades, a fin de:  evitar las interrupciones innecesarias de todo el circuito y limitar las consecuencias de un fallo  facilitar las verificaciones, ensayos y mantenimientos  evitar los riesgos que podrían resultar del fallo de un solo circuito que pudiera dividirse, como por ejemplo si solo hay un circuito de alumbrado. Los circuitos se dividirán por túneles. Habrá 10 circuitos por cada tubo que partirán desde el cuadro situado en el punto medio del túnel, estarán divididos por cada lado del tubo: Lado A y Lado B. Puesto que se ha optado por una regulación de tipo 1-10V sobre todas las luminarias en lugar de una regulación por encendido y apagado de circuitos, no se ha dispuesto un circuito de iluminación base, por lo que luminarias consecutivas estarán alimentadas por el mismo circuito, alternándose entre sus fases R, S y T, hasta llegar al siguiente circuito. En caso de fallo ocasional de un circuito, dado las luminarias del otro lado seguirán en funcionamiento alimentadas por el circuito paralelo.

64

Iluminación Eficiente de un túnel.

Correspondencia de los circuitos con los tramos.

Circuito C_01 C_02 C_03 C_04 C_05 C_06 C_07 C_08 C_09 C_10 C_11 C_12 C_13 C_14 C_15 C_16 C_17 C_18 C_19 C_20

División de tramos en circuitos Tramo NO_01. Lado A Tramo NO_01. Lado B Tramos NO_02 y 03. Lado A Tramos NO_02 y 03. Lado B Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una longitud de 196 metros. Lado A Tramos NO_04, 05, 06, 07, 08 y el tramo NO_09 hasta una longitud de 196 metros. Lado B Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A Siguientes 396 metros del tramo NO_09. Lado A Tramos NO_10, 11 y 12. Lado A Tramos NO_10, 11 y 12. Lado B Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud de 396 m. Lado A Tramos SE_11,10 y 09 y el tramo SE_08 hasta una longitud de 396 m. Lado B Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado A Siguientes 256 del tramo SE_08. Lado B Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado A Tramos SE_07,06 05, 04 y 03 y 02. Lado B 35 m del tramo SE_01. Lado A 35 m del tramo SE_01. Lado B Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado A Siguientes 36 m del tramo SE_01. Lado B

Potencia del circuito (W) 20155,00 20155,00 6832,00 6832,00

Longitud del circuito (m) 505 515 434 444

9723,39

398

9723,39

408

3873,61 3873,61 3950,00 3950,00

401 411 505 515

6493,40

515

6493,40

505

3896,60 3896,60 8784,00 8784,00 6394,00 6394,00 6394,00 6394,00

271 261 444 434 490 480 515 505

Equilibrado de cargas Para que se mantenga el mayor equilibrio posible en la carga de los conductores que forman parte de una instalación, se procurará que aquella quede repartida entre sus fases R, S y T, o conductores polares.

65

Iluminación Eficiente de un túnel.

Protección a sobreintensidades y contactos indirectos Todo circuito estará protegido contra los efectos de las sobreintensidades que puedan presentarse en el mismo, para lo cual la interrupción de este circuito se realizará en un tiempo conveniente o estará dimensionado para las sobreintensidades previsibles. Según la ITC-BT-17 El interruptor general automático de corte omnipolar tendrá poder de corte suficiente para la intensidad de cortocircuito que pueda producirse en el punto de su instalación, de 4.500 A como mínimo. Los demás interruptores automáticos y diferenciales deberán resistir las corrientes de cortocircuito que puedan presentarse en el punto de su instalación. La sensibilidad de los interruptores diferenciales responderá a lo señalado en la Instrucción ITC-BT-24. Los dispositivos de protección contra sobrecargas y cortocircuitos de los circuitos interiores serán de corte omnipolar y tendrán los polos protegidos que corresponda al número de fases del circuito que protegen. Sus características de interrupción estarán de acuerdo con las corrientes admisibles de los conductores del circuito que protegen.

66

Iluminación Eficiente de un túnel.

8. Cálculos Eléctricos. Previsión de cargas La previsión de cargas se hará de acuerdo con lo establecido en la ITC-BT-10 del actual REBT, así como con lo establecido en la UNE-20460. La potencia instalada se ha calculado como la suma de todas las potencias de cada luminaria. P(circuito) = P (luminaria)*Nº de luminarias Total Túnel NO

89068 W

Total Túnel SE 63924 W Potencia total instalada 152992 W

Se considera que todas las luminarias podrán estar funcionando al mismo tiempo por lo que el coeficiente de simultaneidad será igual a 1. Además la Potencia de Cálculo será igual a la Potencia Instalada dado que para las luminarias leds no aplicamos ningún factor de corrección. Cálculo de secciones El proceso de cálculo, con las fórmulas utilizadas es el siguiente: Intensidad de cálculo: I=

Pc √3⋅U⋅cos ϕ

Donde Pc es la Potencia de Cálculo y U es la tensión. La intensidad máxima admisible se obtiene a través de las tablas del REBT correspondientes o a través de la UNE 20.460-5-523 y su Anexo Nacional. Esta intensidad se corregirá con los factores de corrección adecuados según las condiciones especificadas en la norma.

67

Iluminación Eficiente de un túnel.

Caida de tensión:

ΔU=

Pc⋅L c θ⋅S⋅U

Donde  P es la potencia de calculo de la línea (W).  L es la longitud de la línea en metros (m).  S es la sección del cable en mm2.  U es la tensión.  cθ es la coductividad a temperatura máxima del aislante utilizado, (70ºC PVC, 90ºC XLPE). Para conductores de cobre tenemos los siguientes valores de conductividad: c70=56/1,20 para el PVC c90=56/1,28 para el XLPE Nota: la temperatura ambiente a efectos de cálculos de cableado se considera de 40ºC al aire y de 25ºC para líneas enterradas. La norma nos limita la caída de tensión máxima en cada línea. Cálculos de la D.I. Sección de la D.I. Para la D.I. la caída de tensión será de 1,5% según la ITC-BT-19, ya que no existe línea general de alimentación (LGA). La sección por caída de tensión de la D.I. será de 13,66 mm2. Para su cálculo se ha aplicado un factor de corrección de 1,2 a la conductividad del cable por ser el aislante de PVC, cuya temperatura máxima es de 70ºC. Pc⋅L S= c θ⋅Δ U⋅U S=13,65 mm2 68

Iluminación Eficiente de un túnel.

    

L = 10 m (longitud de la D.I.) P= 152992 W c70=56/1,2=46,7 m∙mΩ/mm2 (conductividad del cobre a 70ºC) ∆U=1,5%∙400 = 6 V U= 400 V

La sección comercial inmediatamente superior es de 16 mm2, que según el REBT, instrucción 19, tabla 1 admite una intensidad de 59 A (para cables empotrados con tubo PVC, trifásicos). La Intensidad de carga máxima, o Intensidad de servicio para la D.I será: I=

P =245 A √3⋅U⋅cos ϕ

Con

P=152992 W U=400 V Cos ϕ =0,9 Con una sección de cable de 16mm2, tenemos una intensidad de 245 A, superior a la intensidad admisible del cable seleccionado. Por criterio de intensidad, el cable sería de sección: 185 mm2. Con una Intensidad máxima admisible de 268 A. Protección de la D.I: La protección de la D.I. se realiza mediante un fusible colocado al principio de la misma antes de los equipos de medida, el cual debe cumplir las siguientes características: Protección contra cortocircuitos: El poder de corte del dispositivo debe ser mayor que la Intensidad máxima de cortocircuito en el punto de colocación del mismo. (protección contra cortocircuito) Protección contra sobrecargas: La Intensidad nominal del fusible debe ser mayor que la intensidad de carga máxima y menor que 0,9Iz (para intensidades nominales mayores que 16A ), siendo Iz la Intensidad máxima admisible del cable conductor.

69

Iluminación Eficiente de un túnel.

Para nuestro caso tendremos:  PdC del fusible = 50 kA (mayor que la Intensidad de circuito de la red, valor dado por la compañía suministradora. Icc =12 kA)  Para In>16 A, la condición de protección a sobrecargas se traduce en Ib ≥ In ≥ 0,9Iz , donde Ib es la Intensidad de carga máxima, In es la Intensidad nominal del fusible e Iz es la Intensidad máxima admisible del conductor. o Ib = 245 A o 0,9∙Iz = 241,2 A. Por lo que no es posible. Esto hace que se haga necesario un aumento de sección en la DI: subimos a 240 mm2, con una Imax adm =315 A.  Aplicamos la condición Ib ≥ In ≥ 0,9Iz ,con o Ib = 245 A o 0,9∙Iz = 283,5 A. o In=250 A. (comprobar que existen fusibles con esta característica.) La caída de tensión en la DI queda como: ΔU=

P⋅L 152992⋅10 = =0,26 V c⋅S⋅U 56 ⋅315⋅400 1.2

Esta caída supone sólo un 0,07% de caída de tensión, menos que el 1,5 % permitido. Esto nos permite que la compensar con la caída en los circuitos finales de alumbrado de forma que se puede sobrepasar el 3% permitido hasta un 4,4% y así poder limitar la sección de dichos circuitos. Cálculo de secciones de los circuitos de alumbrado Para el cálculo de las secciones de cada circuito se han tenido en cuenta las potencias instaladas en cada uno por separado, y que dado que las luminarias usan tecnología Led, el valor de la potencia de cálculo es igual al de la potencia instalada.

70

Iluminación Eficiente de un túnel.

Se han seguido los criterios de máxima caída de tensión y de sección por cortocircuito. A partir de la potencia de cálculo se ha obtenido la mínima sección normalizada que cumple por el criterio de caída máxima de tensión y se ha comprobado que la intensidad admisible es superior a la intensidad de carga máxima. Formulas: Intensidad a carga máxima:

I=

Pc √3⋅U⋅cosϕ

Seccion por máxima caída de tensión:

S=

Pc⋅L c θ⋅Δ U⋅U

 L = Longitud de cada circuito en metros.  Pc = Potencia de cada circuito en W  c90=56/1,28 para el XLPE  ∆U=4,4%∙400 = 17,6 V  U= 400 V Para la conductividad se ha usado el valor del cobre a 90ºC, puesto que el aislante es XLPE. Para obtener las intensidades máximas admisibles para los conductores empleados en las instalaciones interiores o receptoras la ITC-BT-19 apartado 2.2.3, nos remite a la norma UNE 20.460-5-523 y su anexo nacional actualizado en 2004. Para el cálculo se ha tenido

en cuenta el factor de corrección correspondiente para la intensidad admisible por el conductor por agrupación varios circuitos en bandeja perforada. Nota: en la siguiente tabla algunas secciones ya se presentan modificadas tras el cálculo de las protecciones, en el que se han tenido en cuenta las longitudes máximas para cada sección protegida por el interruptor automático oportuno. Con una caída de tensión máxima de un 4,4% las secciones normalizadas adecuadas son las siguientes.

71

Iluminación Eficiente de un túnel.

Longitud del circuito (m)

Circuito

Potencia (W)

C_01

20155,00

505

C_02

20155,00

515

C_03

6832,00

434

C_04

6832,00

444

C_05

9723,39

398

C_06

9723,39

408

C_07

3873,61

401

C_08

3873,61

411

C_09

3950,00

505

C_10

3950,00

515

C_11

7834,01

515

C_12

7834,01

505

C_13

2555,99

271

C_14

2555,99

261

C_15

8784,00

444

C_16

8784,00

434

C_17

6394,00

490

C_18

6394,00

480

C_19

6394,00

515

C_20

6394,00

505

Sección por caída máxima de tensión (mm2)

32,97 33,62 9,61 9,83 12,57 12,88 5,03 5,16 6,46 6,59 13,07 12,82 2,24 2,16 12,63 12,35 10,15 9,94 10,67 10,46

Sección normalizada (mm2) (*)

Intensidad máxima admisible del conductor.(A)

Intensidad de servicio (A)

35,00

102,75

32,32

35,00

102,75

32,32

10,00

48,75

10,96

10,00

48,75

10,96

16,00

65,25

10,73

16,00

65,25

10,73

6,00

48,75

11,08

6,00

48,75

11,08

10,00

48,75

6,33

10,00

48,75

6,33

16,00

65,25

6,33

16,00

65,25

6,33

6,00

25,88

10,33

6,00

25,88

10,33

6,00

34,50

14,09

6,00

34,50

14,09

10,00

48,75

10,25

10,00

48,75

10,25

16,00

65,25

10,25

16,00

65,25

10,25

Cuadro de Baja tensión. Protecciones de las líneas de alumbrado. El cuadro de baja tensión consta de un interruptor automático general y de las protecciones individuales de cada circuito de alumbrado compuestas cada una por un interruptor automático y de un interruptor diferencial.

Para el Interruptor Automático general: Intensidad de carga máxima: I(D.I.)=245 A. 72

Iluminación Eficiente de un túnel.

Intensidad máxima de cortocircuito: I ccmax=

400/ √ (3) =11,5 kA Z

Con 

Z= √ (Rred +R DI ) +( X red + X DI ) =0,02 Ω



Rred ≃0Ω

2

2



U F−N 400 / √ (3) = =0,019Ω I cc (red ) 12000



L DI 10 R DI =ρ⋅ =(0,018⋅1,2)⋅ =0,0009Ω S DI 240



X DI =x linal⋅L DI =0,00013⋅10=0,0013 Ω

X red =

Elección del IA general:  PdC=15kA >11,5 kA 

Ib ≤ In ≤ Iz

Con Ib= 245A y con Iz=315A. Se escoge un IA general de In=250 A

Circuitos de alumbrado: Protección a sobrecargas: Se instalan interruptores automáticos de curva tipo B al inicio de cada circuito para la protección contra sobrecargas, por lo que deben cumplir las siguientes condiciones. 

I b ≤ In ≤ Iz



I2 ≤ 1,45∙Iz

Donde Ib es la intensidad de carga máxima del circuito.

73

Iluminación Eficiente de un túnel.

In es la intensidad nominal del IA Iz es la intensidad máxima admisible del conductor I2 es la corriente que asegura la actuación del dispositivo en un tiempo largo, que en el caso de un IA se calcula como I2=1,30In El tiempo de corte de toda corriente que resulte de un cortocircuito no debe ser superior al tiempo que tarda el conductor en alcanzar su temperatura máxima admisible. Esta condición en el caso de interruptores automáticos se transforma en la siguiente: Iccmin>Im Im para interruptores de curva tipo b está entre 3In y 5 In. Para los circuitos de alumbrado se calcula la intensidad mínima de cortocircuito como un corto fase neutro al final del circuito.

I ccmin=

400 / √(3) Z F +Z N

Donde ZF yZN son las impedancias de los conductores de fase y neutro para la sección y longitud del circuito. Así mismo se tiene en cuenta la longitud máxima del circuito protegido por el interruptor automático. Se puede consultar la tabla g48 del capítulo g de Schneider en la bibliografía. Protección contra contactos indirectos. La protección diferencial se hará en cada circuito por separado al inicio de cada circuito, de forma que se prescinde del interruptor diferencial general. La sensibilidad para todos los circuitos será de 30 mA.

Resumen de secciones y protecciones

En la siguiente tabla se recogen los valores de las secciones y las protecciones para cada uno de los circuitos de alumbrado.

74

Iluminación Eficiente de un túnel.

Leyenda:

             

Cto: Nombre del circuito. L: Distancia del circuito. S(DU): Sección por caída de tensión máxima a temperatura de aislante máxima. Snorma: Sección final normalizada para el conductor. Sneutro Sección del neturo. Sprot: sección del conductor de protección. Inorma: Intensidad por sección normalizada. Fcc: factor de corrección aplicado. Iadm: Intensidad máxima admisible una vez aplicados los factores de corrección. Ib: intensidad de carga máxima. RL:Reactancia de la línea. Iccmin: Intensidad de cortocircuito mínima. PDC: Poder de corte delIA. In: Intensidad nominal del IA.

75

Iluminación Eficiente de un túnel.

Cto

P (W)

C_01 C_02 C_03 C_04 C_05 C_06 C_07 C_08 C_09 C_10 C_11 C_12 C_13 C_14 C_15 C_16 C_17 C_18 C_19 C_20

20155 20155 6832 6832 9723 9723 3874 3874 3950 3950 7834 7834 2556 2556 8784 8784 6394 6394 6394 6394

L (m) S(DU) 505 515 434 444 399 409 401 411 505 515 515 505 271 261 444 434 490 480 515 505

32,97 33,62 9,61 9,83 12,57 12,88 5,03 5,16 6,46 6,59 13,07 12,82 2,24 2,16 12,63 12,35 10,15 9,94 10,67 10,46

Snorma Sneutro (mm2) (mm2) 35 35 35 35 10 10 10 10 16 16 16 16 6 6 6 6 10 10 10 10 16 16 16 16 2,5 2,5 2,5 2,5 16 16 16 16 16 16 10 10 16 16 16 16

Sprot (mm2) 16 16 10 10 16 16 6 6 10 10 16 16 2,5 2,5 16 16 16 10 16 16

Inorma (A) 137,00 137,00 65,00 65,00 87,00 87,00 46,00 46,00 65,00 65,00 87,00 87,00 26,50 26,50 87,00 87,00 87,00 65,00 87,00 87,00

Instalación

Fcc

Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf Bandeja perf

0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,90 0,90 0,90 0,90 1,00 1,00 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75

Iadm (A) 109,60 109,60 52,00 52,00 69,60 69,60 41,40 41,40 58,50 58,50 87,00 87,00 19,88 19,88 65,25 65,25 65,25 48,75 65,25 65,25

Ib (A)

RL

32,32 32,32 10,96 10,96 15,59 15,59 6,21 6,21 6,33 6,33 12,56 12,56 4,10 4,10 14,09 14,09 10,25 10,25 10,25 10,25

0,81 0,82 2,43 2,49 1,40 1,43 3,74 3,84 2,83 2,88 1,80 1,77 6,07 5,85 1,55 1,52 1,72 2,69 1,80 1,77

Iccmin (A) 283,51 278,03 94,51 92,39 164,33 160,32 61,40 59,91 81,24 79,67 127,38 129,90 37,87 39,32 147,71 151,10 133,87 85,47 127,38 129,90

PdC

In I.A.

15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00

40,00 40,00 16,00 16,00 16,00 16,00 10,00 10,00 10,00 10,00 16,00 16,00 6,00 6,00 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00 16,00

Iluminación Eficiente de un túnel.

9. Planos.  Plano 1. Perfil de la boca del túnel.  Plano 2. Situación de tramos y circuitos.  Plano 3. Esquema de luminarias del túnel NO (dos hojas).  Plano 4. Esquema de luminarias del túnel SE (dos hojas).  Plano 5. Luminarias por tramos. Túnel NO.  Plano 6. Luminarias por tramos. Túnel SE.  Plano 7. Unifilar.

77

0.24

4.76

1.27

1.50

3.50

Luminarias

3.50

1.50

R5.19

Unidades en metros

Entrada Tunel NO

C01

Lado A NO 01 Lado B

C02

C11

SE 11

C12

C03

C05

SE SE 09 08

C06

NO NO NONO NO 02 03 04 05 06

C04

SE 10

NO 07

Leyenda: C01 - C20: Circuitos de alumbrado. NO01 - NO12: Tramos del Túnel NO. SE01 - SE11: Tramos del Túnel SE. C.G.M.P.: Caja General de Mando y Protección.

NO 08

NO 09

C. G. M. P.

C13

C14

SE 07

SE 06

C07

C08

NO NO 10 11

C15

C09

C10

C19

C20

Lado B

Lado A

NO 12

C17

C18

SE SE SE SE SE 05 04 03 02 01

C16

Entrada Tunel SE

C01

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R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

Tramo NO-01

a001 a002 a003 a004 a005 a006 a007 a008 a009 a010 a011 a012 a013 a014 a015 a016 a017 a018 a019 a020 a021 a022 a023 a024 a025 a026 a027 a028 a029 a030 a031 a032 a033 a034 a035 a036 a037 a038 a039 a040 a041 a042 a043 a044 a045 a046 a047 a048 a049 a050 a051 a052 a053 a054 a055 a056 a057 a058 a059 a060 a061 a062 a063 a064 a065 a066 a067 a068 a069 a070 a071 a072 a073 a074 a075 a076 a077 a078 a079 a080 a081 a082 a083 a084 a085 a086 a087 a088 a089 a090 a091 a092 a093 a094 a095 a096

Entrada Túnel No

Tramo NO-03

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S

Tramo NO-02

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

C03 R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo NO-01

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R C04

a097 a098 a099 a100 a101 a102 a103 a104 a105 a106 a107 a108 a109 a110 a111 a112 a113 a114 a115 a116 a117 a118 a119 a120 a121 a122 a123 a124 a125 a126 a127 a128 a129 a130 a131 a132 a133 a134 a135 a136 a137 a138 a139 a140 a141 a142 a143 a144 a145 c001 c002 c003 c004 c005 c006 c007 c008 c009 c010 c011 c012 c013 c014 c015 c016 c017 c018 c019 c020 c021 c022 c023 c024 c025 c026 c027 c028 c029 c030 c031 c032 c033 c034 c035 c036 c037 c038 c039 c040 c041 c042 c043 c044 c045 c046 c047

C02

C01

C02

Luminaria de 60 leds

Luminaria de 40 leds

Luminaria de 30 leds

b097 b098 b099 b100 b101 b102 b103 b104 b105 b106 b107 b108 b109 b110 b111 b112 b113 b114 b115 b116 b117 b118 b119 b120 b121 b122 b123 b124 b125 b126 b127 b128 b129 b130 b131 b132 b133 b134 b135 b136 b137 b138 b139 b140 b141 b142 b143 b144 b145 d001 d002 d003 d004 d005 d006 d007 d008 d009 d010 d011 d012 d013 d014 d015 d016 d017 d018 d019 d020 d021 d022 d023 d024 d025 d026 d027 d028 d029 d030 d031 d032 d033 d034 d035 d036 d037 d038 d039 d040 d041 d042 d043 d044 d045 d046 d047

T R

Tramo NO-06 Tramo NO-07 Tramo NO-08 Tramo NO-09

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo NO-05

c048 c049 e001 e002 e003 e004 e005 e006 e007 e008 e009 e010 e011 e012 e013 e014 e015 e016 e017 e018 e019 e020 e021 e022 e023 e024 e025 e026 e027 e028 e029 e030 e031 e032 e033 e034 e035 e036 e037 e038 e039 e040 e041 e042 e043 e044 e045 e046 e047 e048 e049 e050 e051 e052 e053 e054 e055 e056 e057 e058 e059 e060 e061 e062 e063 e064 e065 e066 e067 e068 e069 e070 e071 e072 e073 e074 e075 e076 e077 e078 e079 e080 e081 e082 e083 e084 e085 e086 e087 e088 e089 e090 e091 e092 e093 e094

C05

Tramo NO-04

Tramo NO-12

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo NO-11

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo NO-10

d048 d049 f001 f002 f003 f004 f005 f006 f007 f008 f009 f010 f011 f012 f013 f014 f015 f016 f017 f018 f019 f020 f021 f022 f023 f024 f025 f026 f027 f028 f029 f030 f031 f032 f033 f034 f035 f036 f037 f038 f039 f040 f041 f042 f043 f044 f045 f046 f047 f048 f049 f050 f051 f052 f053 f054 f055 f056 f057 f058 f059 f060 f061 f062 f063 f064 f065 f066 f067 f068 f069 f070 f071 f072 f073 f074 f075 f076 f077 f078 f079 f080 f081 f082 f083 f084 f085 f086 f087 f088 f089 f090 f091 f092 f093 f094

C03

C01

C02

T R

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

Tramo NO-09

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Luminaria de 60 leds

Luminaria de 40 leds

Luminaria de 30 leds

g001 g002 g003 g004 g005 g006 g007 g008 g009 g010 g011 g012 g013 g014 g015 g016 g017 g018 g019 g020 g021 g022 g023 g024 g025 g026 g027 g028 g029 g030 g031 g032 g033 g034 g035 g036 g037 g038 g039 g040 g041 g042 i001 i002 i003 i004 i005 i006 i007 i008 i009 i010 i011 i012 i013 i014 i015 i016 i017 i018 i019 i020 i021 i022 i023 i024 i025 i026 i027 i028 i029 i030 i031

C04

C.G.M.P

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

C09

C07

C08

C10

h001 h002 h003 h004 h005 h006 h007 h008 h009 h010 h011 h012 h013 h014 h015 h016 h017 h018 h019 h020 h021 h022 h023 h024 h025 h026 h027 h028 h029 h030 h031 h032 h033 h034 h035 h036 h037 h038 h039 h040 h041 h042 j001 j002 j003 j004 j005 j006 j007 j008 j009 j010 j011 j012 j013 j014 j015 j016 j017 j018 j019 j020 j021 j022 j023 j024 j025 j026 j027 j028 j029 j030 j031

C06

S T R S T R S T R S T

e095 e096 e097 e098 e099 e100 e101 e102 e103 e104 e105

C05

Tramo NO-09

S T R S T R S T R S T

f095 f096 f097 f098 f099 f100 f101 f102 f103 f104 f105

C03

C01

C02

C04

C06

Salida Túnel

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S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S

Tramo NO-12

S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S

j032 j033 j034 j035 j036 j037 j038 j039 j040 j041 j042 j043 j044 j045 j046 j047 j048 j049 j050 j051 j052 j053

C01

C03

C02

C04

C15

Tramo SE-01

R S T R

R S T R

R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo NO-08

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo SE-07

k001 k002 k003 k004 k005 k006 k007 k008 k009 k010 k011 k012 k013 k014 k015 k016 k017 k018 k019 k020 k021 k022 k023 k024 k025 k026 k027 k028 k029 k030 k031 k032 k033 k034 k035 k036 k037 k038 k039 k040 k041 k042 k043 k044 k045 k046 n001 n002 n003 n004 n005 n006 n007 n008 n009 n010 n011 n012 n013 n014 n015 n016 n017 n018 n019 n020 n021 n022 n023 n024 n025 n026 n027 n028 n029 n030 n031 n032 n033 n034 n035 n036 n037 n038 n039 n030 n041 n042 n043 n044 n045 n046 p001 p002 p003 p004

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Entrada Túnel SE

Tramo SE-06

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo SE-05

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo SE-04

S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

Tramo SE-03

R S T R S T R S T R S T R S T R

m001 m002 m003 m004 m005 m006 m007 m008 m009 m010 m011 m012 m013 m014 m015 m016 m017 m018 m019 m020 m021 m022 m023 m024 m025 m026 m027 m028 m029 m030 m031 m032 m033 m034 m035 m036 m037 m038 m039 m040 m041 m042 m043 m044 m045 m046 o001 o002 o003 o004 o005 o006 o007 o008 o009 o010 o011 o012 o013 o014 o015 o016 o017 o018 o019 o020 o021 o022 o023 o024 o025 o026 o027 o028 o029 o030 o031 o032 o033 o034 o035 o036 o037 o038 o039 o040 o041 o042 o043 o044 o045 o046 q001 q002 q003 q004

C17

C19

C20

C18

C16

C01

C15

Tramo SE-02

S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

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C17

C19

C20

C18

C16

C01

Luminaria de 60 leds

Luminaria de 40 leds

Luminaria de 30 leds

q005 q006 q007 q008 q009 q010 q011 q012 q013 q014 q015 q016 q017 q018 q019 q020 q021 q022 q023 q024 q025 q026 q027 q028 q029 q030 q031 q032 q033 q034 q035 q036 q037 q038 q039 q040 q041 q042 q043 q044 q045 q046 q047 q048 q049 q050 q051 q052 q053 q054 q055 q056 q057 q058 q059 q060 q061 q062 q063 q064 q065 q066 q067 q068 q069 q070 q071 q072 q073 q074 q075 q076 q077 q078 q079 q080 q081 q082 q083 q084 s001 s002 s003 s004 s005 s006 s007 s008 s009 s010 s011 s012 s013 s014 s015 s016

S T R S T R S T R S T

C.G.M.P Tramo SE-09 Tramo SE-10 Tramo SE-11

t001 t002 t003 t004 t005 t006 t007 t008 t009 t010 t011 t012 t013 t014 t015 t016 t017 t018 t019 t020 t021 t022 t023 t024 t025 t026 t027 t028 t029 t030 t031 t032 t033 t034 t035 t036 t037 t038 t039 t040 t041 t042 t043 t044 t045 t046 t047 t048 t049 t050 t051 t052 t053 t054 t055 t056 t057 t058 t059 t060 t061 t062 t063 t064 t065 t066 t067 t068 t069 t070 t071 t072 t073

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

Tramo SE-08

Luminaria de 60 leds

Luminaria de 40 leds

Luminaria de 30 leds

R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R

C11

C12

u001 u002 u003 u004 u005 u006 u007 u008 u009 u010 u011 u012 u031 u014 u015 u016 u017 u018 u019 u020 u021 u022 u023 u024 u025 u026 u027 u028 u029 u030 u031 u032 u033 u034 u035 u036 u037 u038 u039 u040 u041 u042 u043 u044 u045 u046 u047 u048 u049 u050 u051 u052 u053 u054 u055 u056 u057 u058 u059 u060 u061 u062 u063 u064 u065 u066 u067 u068 u069 u070 u071 u072 u073

C13

r017 r018 r019 r020 r021 r022 r023 r024 r025 r026 r027

C15

Tramo SE-08

S T R S T R S T R S T

s017 s018 s019 s020 s021 s022 s023 s024 s025 s026 s027

C17

C19

C20

C18

C16

C14

Salida Túnel

t074 t075 t076 t077 t078 t079 t080 t081 t082 t083 t084 t085 t086 t087 t088 t089 t090 t091 t092 t093 t094 t095 t096

S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

Tramo SE-11

S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T R S T

u074 u075 u076 u077 u078 u079 u080 u081 u082 u083 u084 u085 u086 u087 u088 u089 u090 u091 u092 u093 u094 u095 u096

C11

C12

Tramo NO-01

0.49 m

1.25 m

Tramo NO-02

0.64 m

1.48 m

Tramo NO-03

0.85 m

1.2 m

Tramo NO-12

1.48 m

Tramo NO-09

9.38 m

Tramo NO-06

Tramo NO-11

2.2 m

Tramo NO-08

8.89 m

Tramo NO-05

Tramo NO-04 2.2 m

Tramo NO-07 8.89 m

Tramo NO-10

Luminaria de 60 leds Luminaria de 40 leds Luminaria de 30 leds

0.77 m

Tramo SE-02

0.97 m

Tramo SE-11

1.48 m

Tramo SE-08

9.38 m

Tramo SE-05

1.43 m

Tramo SE-01 1.27 m

Tramo SE-04 8.89 m

Tramo SE-07 2.2 m

Tramo SE-10

Luminaria de 60 leds Luminaria de 40 leds Luminaria de 30 leds

1.27 m

Tramo SE-03 2.2 m

Tramo SE-06 8.89 m

Tramo SE-09

IA 10A

IA 16A

IA 16A

IA 6A

IA 6A

IA 16A

IA 16A

IA 16A

IA 16A

IA 16A

IA 16A

Imag.gral In: 250A Icu: 15kA

IA 10A

4x16 + TTx16mm2Cu

C20 6394W 505m

IA 10A

4x16 + TTx16mm2Cu

C19 6394W 515m

IA 10A

4x10 + TTx10mm2Cu

C18 6394W 480m

IA 16A

4x16 + TTx16mm2Cu

C17 6394W 490m

IA 16A

4x16 + TTx16mm2Cu

C16 8784W 434m

IA 16A

4x16 + TTx16mm2Cu

C15 8784W 444m

IA 16A

4x2,5 + TTx2,5mm2Cu C14 2556W 261m

IA 40A

4x2,5 + TTx2,5mm2Cu C13 2556W 271m

IA 40A

4x16 + TTx16mm2Cu C12 7834W 505m

IDif 30mA

C11 7834W 515m

IDif 30mA

C10 3950W 515m

IDif 30mA

C09 3950W 505m

IDif 30mA

C08 3871W 411m

IDif 30mA

C07 3874W 401m

IDif 30mA

C06 9723W 409m

IDif 30mA

C05 9723W 399m

IDif 30mA

C04 6832W 444m

IDif 30mA

C03 6832W 434m

IDif 30mA

C02 20155W 515m

4x16 + TTx16mm2Cu

4x240 + TTx120mm2Cu IDif 30mA

4x10 + TTx10mm2Cu

IDif 30mA

4x10 + TTx10mm2Cu

IDif 30mA

4x6 + TTx6mm2Cu

IDif 30mA

4x6 + TTx6mm2Cu

IDif 30mA

4x16 + TTx16mm2Cu

IDif 30mA

4x16 + TTx16mm2Cu

IDif 30mA

4x10 + TTx10mm2Cu

IDif 30mA

4x10 + TTx10mm2Cu

IDif 30mA

4x35 + TTx16mm2Cu

IDif 30mA

C01 20155W 505m

4x35 + TTx16mm2Cu

Iluminación Eficiente de un túnel.

10. BIBLIOGRAFÍA  REBT 2002, incluidas sus instrucciones técnicas y su guía de aplicación.  REEAE - Reglamento Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior  http://www.f2i2.net/legislacionseguridadindustrial/REEAE_Guias.aspx  CIE 88:2004.  Iluminación de túneles. Luminotecnia 2002. Publicación Indalux  Protección de circuitos. Cuadernos técnicos, capítulo G. Scheneider electric.  Consideraciones del Comité de Túneles de la ATC (asociación técnica de carreteras) sobre el empleo de tecnología led en el alumbrado de túneles  www.erco.com (Iluminación)  http://edison.upc.edu (alumbrado de túneles)

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