Alumbrado público I, posibilidades, ventajas e inconvenientes de cada tecnología
Reproducción parcial del “Manual de Alumbrado Público”, Parte I. Fuente: Smart Tech Cluster, España.
El desarrollo de las tecnologías de control de iluminación y transmisión de la información ha motivado la aparición en el mercado de múltiples sistemas de control y regulación para la gestión de la iluminación exterior, tanto pública como privada.
Estas innovaciones pueden traer consigo grandes beneficios que se traducen en instalaciones de alumbrado energéticamente más eficientes, en las que se reducen los costes de mantenimiento y se consigue un mejor control sobre las luminarias por parte del gestor o del propietario de la instalación, así como un mejor servicio al ciudadano que implica una mejora de la calidad de vida y de mayor seguridad.
La proliferación de múltiples sistemas de control y regulación, basados en distintos conceptos de control, distintas tecnologías de comunicación y distintas funcionalidades, provoca en muchos casos, que los técnicos encargados de la redacción de los proyectos de alumbrado exterior que quieran incorporar un sistema de control y regulación, no sepan cuál es la solución óptima para el proyecto. Además, en muchos casos, existe un desconocimiento real sobre las posibilidades técnicas, ventajas e inconvenientes que ofrece cada tecnología, lo que conlleva a la especificación en pliego de un sistema muy genérico que no permite acotar una solución tecnológica concreta, o bien la especificación de un sistema, que por los múltiples requisitos que se le piden, resulta imposible de suministrar.
Este documento nace con la clara vocación de ayudar los técnicos o personas implicadas, a estar al corriente de las tecnologías básicas que existen en el mercado, conocer cuáles son las ventajas e inconvenientes de cada sistema, conocer las normativas que deben aplicar y, por lo tanto, escoger el sistema adecuado para el proyecto en función de las necesidades y los requisitos que se vayan a requerir a estos sistemas de control y regulación.
El alcance del presente documento son todas las aplicaciones de alumbrado exterior, independientemente del tamaño o morfología de la instalación, tanto de carácter público como privado, que se vayan a dotar de un sistema de control y regulación; o aquellas instalaciones donde en un futuro esté prevista la implantación de un sistema de control y regulación y/o se quiera dejar los componentes de la instalación preparados para la fácil implementación de los equipos adicionales.
Este documento está dirigido a los técnicos encargados de realizar proyectos de instalaciones de alumbrado exterior, de ámbito público o privado, que incluya un sistema de control y regulación. Dentro de este grupo de profesiones se incluyen los siguientes profesionales:
- Ingenieros municipales de los servicios técnicos de los ayuntamientos.
- Ingenieros de los servicios técnicos de diputaciones que prestan servicio a las poblaciones de su ámbito provincial.
- Ingenieros/ingenierías privadas contratadas para la realización de proyectos de alumbrado exterior de poblaciones, urbanizaciones, carreteras, etc.
- Empresas de mantenimiento y empresas de servicios energéticos.
- Ayuntamientos.
- Instaladores.
- Cualquier otra persona del ámbito del alumbrado público.
Tecnologías
El nivel de aplicación del concepto de ciudad inteligente al alumbrado queda definido en tres grados de funcionalidad (en adelante, grados) con sus correspondientes subgrados: alumbrado con sistema de accionamiento; alumbrado con sistemas de ahorro energético; y sistema de telegestión.
Estos permiten una implantación progresiva de medidas encaminadas a una gestión inteligente del alumbrado, obteniendo mayores ahorros energéticos y un mejor servicio al ciudadano.
Pueden aplicarse diferentes grados a un mismo municipio en función de las necesidades de cada tipo de instalación y de los recursos existentes. Cada grado tiene su validez y son complementarios, por lo que debe realizarse previamente un estudio y un plan de implantación de los diferentes grados.
Grado 1, alumbrado con sistema de accionamiento
El sistema de accionamiento garantiza que la instalación de alumbrado exterior se encienda y apague automáticamente durante un periodo comprendido entre la puesta y la salida del sol. Su objetivo es evitar consumos fuera de las horas necesarias y ahorrar energía, de acuerdo a las condiciones que se detallan en el artículo 8 del RD 1890/2008 sobre el Reglamento de Eficiencia Energética en instalaciones de Alumbrado Exterior (en adelante REEA).
Con requisitos específicos para determinados tipos de alumbrados como el ornamental o el de espacios deportivos, los cuales deben disponer de la posibilidad de programar ciclos de funcionamiento: diarios, semanales, mensuales o anuales, así como para época turística o festividades o actos locales.
Hay que destacar que el sistema de accionamiento tiene siempre que garantizar el encendido de la instalación por cuestiones de seguridad vial y orden público y, además, ser lo más eficiente posible, apagándose en el momento adecuado y evitando encendidos innecesarios o antes de tiempo.
On regulada incidencia off
Fuente: SINAPSE
Centros de mando
El grado 1 es válido para cualquier tipo de alumbrado, puesto que únicamente se actuará sobre el encendido y apagado de toda la potencia del cuadro eléctrico para el suministro a toda la instalación de alumbrado exterior (en adelante Centro de Mando), mediante normalmente un contactor general.
El Centro de Mando corresponde al cuadro de protección, medida y control, definido en la ITC-BT-09 del RD 842/2002 sobre el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (en adelante REBT), donde se ubica el sistema de accionamiento correspondiente y las protecciones eléctricas generales de cada una de las salidas de alimentación de los puntos de luz asociados al mismo.
Centro de mando con protecciones, equipo de telegestión y módulo de la compañía. Fuente: AFEISA
Normalmente, el Centro de Mando también incluye la caja general de protección y el equipo de medida de la compañía suministradora.
Fotocélula
Es un sensor fotoeléctrico que responden al cambio en la intensidad lumínica ambiental, realizando la activación o desactivación de un relé o contacto, en función de los valores de intensidad lumínica recibidos.
Su principal ventaja es que se adapta a los cambios imprevistos, de la intensidad lumínica ambiental, producidos por fenómenos meteorológicos u otros.
Su principal desventaja es que actúa en función de la intensidad lumínica que el sensor recibe, por lo que puede verse afectado por algún elemento que obstaculice o interfiera la lectura del sensor, así como por la polución, lluvia u otros elementos que con el tiempo cubren o afectan a la superficie del sensor. Esto implica que puede activar el alumbrado durante el horario diurno y generar un consumo energético no deseado o no actuar adecuadamente en la puesta y salida del sol.
En consecuencia, podría ser una solución que no proporciona una adecuada eficiencia energética y requiera de un mayor mantenimiento, ya que es necesaria una limpieza regular para asegurar su correcto funcionamiento.
Según el reglamento de eficiencia energética (REEA) no es una solución válida en instalaciones de alumbrado exterior de más de 5 kW de potencia.
Reloj astronómico
El reloj astronómico es un interruptor horario que dispone de un método automático para conocer la hora de la puesta y la salida del sol, pudiendo activar o desactivar un relé o un contacto a partir de esta hora.
Las prestaciones de un reloj astronómico dependen del método utilizado para conocer día a día la hora de la puesta y la salida del sol, en función de la ubicación de la instalación.
El método de cálculo diario mediante algoritmo astronómico, es más preciso que el método por tablas y zonas geográficas. Además, para las maniobras diarias es aconsejable que el cálculo astronómico sea de máxima precisión, por lo que debería realizarlo mediante coordenadas geográficas en grados y minutos del lugar.
Ciclo anual de la puesta y salida del sol, incluido cambio horario. Fuente: AFEISA
También debe permitir el ajuste de los encendidos y apagado de la instalación, corrigiendo las horas de funcionamiento del alumbrado, a partir del ajuste del Orto y Ocaso en x min, y/o del horario en horas y minutos, para de esta manera poder obtener una mayor eficiencia energética.
Otro elemento clave son las posibles derivaciones que con los cambios de temperatura y con el tiempo sufre el reloj interno del equipo, por lo que pueden requerir periódicamente su puesta en hora.
Existen relojes astronómicos que internamente disponen de un sistema GPS, que además de localizar de forma automática la ubicación precisa de la instalación, permiten la sincronización de la hora de forma automática y constante, aumentando la precisión y evitando actuaciones de mantenimiento.
Al mismo tiempo, para evitar la puesta en hora cada 6 meses, deberá disponer de cambio automático de la hora del reloj, para el horario de invierno y verano.
Tal como se indica en el REEA, también deberá permitir un horario personalizado para días especiales y/o festivos, como periodos vacacionales y otros eventos especiales, permitiendo crear calendarios específicos para cada instalación o tipo de instalación.
Además, deberá disponer de diferentes salidas para activar otros elementos como alumbrados viales, fuentes ornamentales, sistemas de ahorro de energía, vallas publicitarias, escaparates, riego de jardines, señalización vial, monumentos, fachadas de edificios singulares, accesos a áreas peatonales, etc.
El hecho de que disponga de display y teclado facilita conocer el estado del reloj y las maniobras, así como su configuración de forma local o la activación de los diferentes circuitos para tareas de mantenimiento.
Este debe permitir ser instalado en carril DIN para ser compatible con la mayoría de los estándares eléctricos de centros de mando.
El REEA exige este tipo de solución para instalaciones de más de 5 kW de potencia.
Reloj astronómico reprogramable
La mayoría de relojes astronómicos permiten el ponerlos en hora, el cambio de la programación y en algunos casos hasta modificar los calendarios específicos de actuación.
Normalmente esta se realiza con el teclado propio equipo, pero existen equipos que mediante un mando a distancia, tecnología Bluetooth o un elemento de almacenamiento de memoria, permiten realizar estas reprogramaciones de manera fácil y sencilla, pero sin evitar el desplazamiento al centro de mando.
Equipo de telemando
Los equipos de telemando son unos relojes astronómicos con comunicaciones para permitir el envío de órdenes de telemando para el encendido o apagado de la instalación en un momento puntual, así como la reprogramación de los calendarios específicos. Estos equipos normalmente registran los principales eventos relacionados con el encendido y apagado de la instalación.
Los equipos de telemando también pueden incorporar entradas de alarma, para que a partir del cambio de estado del funcionamiento de diferenciales, contactores, conmutadores manuales, controles de puerta, entre otros, detecte y registre alarmas generadas en la instalación.
Todos estos datos pueden ser consultados y descargados de forma local o remota mediante una conexión inalámbrica o cableada, con el equipo.
Además, esta posibilidad de comunicaciones debe de permitir el poder enviar órdenes de telemando para el encendido o apagado de las instalaciones, en un momento puntual. Así como la reprogramación de los calendarios específicos.
Para lo que es muy importante la función de plantilla de programación en función del tipo de alumbrado, lo que permitirá asignar un grupo de centros de mando a una plantilla concreta y realizar el envío automático de una nueva programación a todos los centros de mando asignados.
Las unidades de control y telemando deben ser autónomas, es decir, que, ante pérdidas de comunicación con el sistema, siempre efectuarán las programaciones de encendidos y apagados que tenga programadas.
Para un correcto funcionamiento de las maniobras programadas, en el calendario de los diferentes centros de mando, el reloj del equipo de telemando debe ser lo más preciso y actualizar la hora de forma periódica, como por ejemplo mediante la sincronización automática de su reloj interno a través de servidores de tiempo de Internet.
Puntos de luz (Drivers)
Aunque el sistema de accionamiento sea el del centro de mando, a través de la activación o desactivación de la alimentación general de los puntos de luz, hay que tener presente las nuevas funciones que aportan los drivers LED.
El Driver es el dispositivo auxiliar de alimentación del módulo LED, el cual regula y controla la corriente de salida que necesita el LED para su correcto funcionamiento y con el fin de entregar la potencia prevista por ese punto de luz. La potencia total de cada punto de luz la obtendremos teniendo en cuenta la potencia nominal del driver y el consumo del módulo LED.
Los Drivers de las luminarias LED deberán estar provistos de un sistema capaz de gestionar el flujo luminoso emitido. Esto es a través de un funcionamiento autónomo que se inicia con la activación de la alimentación desde el centro de mando y que finaliza con la desconexión de la alimentación. Durante este periodo, es el Driver el que controla el arranque y el ciclo de funcionamiento.
Normalmente, el suministrador del punto de luz configura los drivers de una determinada manera y esta puede ser acordada, entre el suministrador y el cliente, en función del tipo de alumbrado e instalación.
En la próxima edición de nuestra publicación on line, el jueves 21 de julio, publicaremos los dos grados de funcionalidad restantes, la adecuación de las tecnologías en función de las necesidades a cubrir y recomendaciones para la elaboración de pliegos de licitación.
Glosario
- API (application programming interface): Una API representa la capacidad de comunicación entre componentes de software. Se trata del conjunto de llamadas a ciertas bibliotecas que ofrecen acceso a ciertos servicios desde los procesos y representa un método para conseguir abstracción en la programación, generalmente (aunque no necesariamente) entre los niveles o capas inferiores y los superiores del software.
- Bluetooth: es una especificación industrial para redes inalámbricas de área personal que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2.4 GHz.
- Centro de Mando: cuadro eléctrico dotado de elementos de accionamiento y protección, así como sistemas de control, que proporcionan suministro eléctrico a las instalaciones de alumbrado público. Pueden contener los equipos de medida de la empresa suministradora.
- Comunicación bidireccional: entorno entre dos o varios elementos en el que todos pueden enviar y recibir mensajes.
- Comunicación unidireccional: entorno entre dos o varios elementos en que uno envía mensajes y el resto únicamente reciben.
- DALI (Digital Addressable Lighting Interface): es un protocolo dedicado para el control de iluminación digital que permite la fácil instalación de redes de iluminación robustas, escalables y flexibles. En el caso de la telegestión, se utiliza como protocolo de comunicación de las órdenes que envía el módulo de telegestión al driver.
- Driver: es el dispositivo auxiliar de alimentación del módulo LED, el cual regula y controla la corriente de salida que necesita el LED para su correcto funcionamiento y con el fin de entregar la potencia prevista por ese punto de luz.
- Equipo de telegestión: conjunto de elementos destinados al control remoto del funcionamiento de una instalación de alumbrado. El control incluye la realización de distintas acciones, como: el accionamiento, la lectura de datos y la elaboración de alarmas técnicas.
- Equipos de telemando: son relojes astronómicos con comunicaciones para permitir el envío de órdenes de telemando para el encendido o apagado de la instalación, la reprogramación de los calendarios específicos y registrar los principales eventos relacionados con el encendido y apagado de la instalación.
- Fotocélula: sensor fotoeléctrico que responden al cambio en la intensidad lumínica ambiental, realizando la activación o desactivación de un relé o contacto, en función de los valores de intensidad lumínica recibidos.
- GPS: sistema de posicionamiento global que permite determinar en toda la Tierra la posición de cualquier objeto con una precisión de hasta centímetros.
- IoT (Internet of Things - Internet de las Cosas): Es un concepto que se refiere a una interconexión digital de objetos cotidianos mediante internet.
- LED (diodo emisor de luz): fuente de luz constituida por un material semiconductor dotado de dos terminales. Se trata de un diodo de unión p-n, que emite luz cuando está activado. Si se aplica una tensión adecuada a los terminales, los electrones se recombinan con los huecos en la región de la unión p-n del dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto se denomina electroluminiscencia, y el color de la luz generada (que depende de la energía de los fotones emitidos) viene determinado por la anchura de la banda prohibida del semiconductor. Esta tecnología ha alcanzado una gran implantación en el alumbrado actual.
- LoRaWAN: es una especificación para redes de baja potencia y área amplia, diseñada específicamente para dispositivos de bajo consumo de alimentación, que operan en redes de alcance local, regional, nacionales o globales.
- NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos): es una asociación industrial estadounidense responsable de numerosos estándares industriales comunes usados en el campo de la electricidad. Entre otros, ha establecido una amplia gama de estándares para encapsulados de equipamientos eléctricos, así como para sistemas de conexión de fotocélulas o nodos de comunicación a luminarias. Plataforma de telegestión: es un software de control y gestión de los datos de los equipos de telegestión, esta plataforma puede estar alojada en centro de control local o en un servidor Web.
- PLC (Power Line Communications): Comunicaciones mediante línea de potencia y que se refiere a diferentes tecnologías que utilizan las líneas de transmisión de energía eléctrica convencionales para transmitir señales con propósitos de comunicación. La tecnología PLC de banda ancha aprovecha la red eléctrica para convertirla en una línea digital de alta velocidad de transmisión de datos, permitiendo, entre otras cosas, el acceso a Internet.
- Punto de luz: Luminaria completa que está normalmente conectada a un centro de mando y alimentada desde este.
- Regulador estabilizador de flujo: elemento que permite la variación del nivel de alumbrado mediante la variación de la tensión de la línea eléctrica de alimentación.
- Reloj astronómico: interruptor horario que dispone de un método automático para conocer la hora de puesta y salida del sol, pudiendo activar o desactivar un relé o un contacto a partir de esta hora.
- SigFox: operador de red global de área amplia de baja potencia que permite la conectividad IoT.
- Sonda luxométrica: sensor fotoeléctrico que responden al cambio en la intensidad lumínica ambiental, variando el valor analógico o numérico de su salida, en función de los valores de intensidad lumínica recibidos en luxes.
- WiFi: mecanismo que permite, de forma inalámbrica, el acceso a Internet de distintos dispositivos al conectarse a una red determinada.
- Zhaga: es una organización internacional que establece especificaciones industriales de interfaces para componentes utilizados en luminarias LED. Entre otros, ha establecido un sistema de conexión de nodos de comunicación a luminarias.
- Zigbee: es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radiodifusión digital de bajo consumo, basada en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (wireless personal area network, WPAN). Su objetivo son las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías.
- 1-10V: es un sistema de regulación basado en una señal analógica de 1 V a 10 V que modula el flujo lumínico entre el 10% y el 100%. En el caso de la telegestión, se utiliza como sistema de comunicación de las órdenes que se envían al driver.
- 6LowPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks): es un estándar abierto definido por la IETF (Internet Engineering Task Force), el cual posibilita el uso de IPv6 sobre redes basadas en el estándar IEEE 802.15.4, que hace posible que los dispositivos puedan comunicarse directamente con otros dispositivos IP.
Este manual ha sido redactado por:
- Carlos J. Vives, CEO; David de Paco, Smart City Solutions y Jordi Vila, Product Manager – Smart City Solutions, de AFEI Sistemas y Automatización, S.A. (AFEISA)
- Robert Merchante, Product Manager Senior Outdoor Lighting, de Simon Lighting S.A.
- Alberto García, Chief Marketing Officer y José Ignacio, Project Manager, de Sinapse Energia.
- Robert Merchante, Product Manager Senior Outdoor Lighting, de Simon Lighting S.A.
- Alberto García, Chief Marketing Officer y José Ignacio, Project Manager, de Sinapse Energia.
- Juan Carlos Lopez, Business Development Manager, de Applus Laboratories
- David Rius, Technical Sales y Joan Presas, Executive Manager Director, de Vossloh-Schwabe Ibérica S.L.
- David Rius, Technical Sales y Joan Presas, Executive Manager Director, de Vossloh-Schwabe Ibérica S.L.
El manual ha sido supervisado por:
- Susana Prieto, Clúster Manager; Sergi Gómez, Project Manager y Leticia Gómez, Project Manager, del Clúster de las Tecnologías Inteligentes para las Ciudades, los Edificios y la Industria DOMOTYS
- Jessica Juliette Kamps, Clúster Manager, del Clúster de Iluminación CICAT
- Jessica Juliette Kamps, Clúster Manager, del Clúster de Iluminación CICAT