ALTERNATIVAS ECOLÓGICAS DE ILUMINACIÓN EXTERIOR PARA EL CENTRO COMERCIAL MAIQUETÍA

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA

ALTERNATIVAS ECOLÓGICAS DE ILUMINACIÓN EXTERIOR PAR A EL CENTRO COMERCIAL MAIQUETÍA

Por: Rafael Alejandro Meza Biord

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista

Sartenejas, octubre de 2012

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA

ALTERNATIVAS ECOLÓGICAS DE ILUMINACIÓN EXTERIOR PAR A EL CENTRO COMERCIAL MAIQUETÍA

Por: Rafael Alejandro Meza Biord

Realizado con la asesoría de: Tutor Académico: Ing. Miguel Ereú Tutor Industrial: Ing. Arturo Arenas

INFORME DE PASANTÍA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Electricista

Sartenejas, octubre de 2012

iv

ALTERNATIVAS ECOLÓGICAS DE ILUMINACIÓN EXTERIOR PAR A EL CENTRO

COMERCIAL MAIQUETÍA

POR:

RAFAEL ALEJANDRO MEZA BIORD

RESUMEN

El servicio eléctrico, como otros servicios públicos, debe ser planificado de acuerdo al

crecimiento demográfico de un país, en Venezuela, según la Asociación Integral de

Políticas Públicas, para el año 2008, el consumo eléctrico por habitante era de

4234kWh/hab., 38% mayor que el promedio mundial. El sistema eléctrico nacional, tiene

el deber de afrontar el alto urbanismo de la población y la falta de planificación en la

generación, transmisión y distribución eléctrica nacional. La empresa Arturo Arenas y

Asociados propone el ahorro energético mediante la reducción del consumo eléctrico, el

cual se implementará a través de alternativas ecológicas de iluminación exterior para el

Centro Comercial Maiquetía. Se busca determinar y establecer los criterios de diseño

para el sistema de alumbrado exterior del Centro Comercial Maiquetía, tomando en

cuenta las normas como la COVENIN 3290-97, la norma IIB-10 referente a los niveles

de iluminación, y la norma IIB-5 que establece criterios para los proyectos referentes al

alumbrado público. Para ambos casos, LED y sodio a alta presión, se realizarán las

propuestas tanto para incorporarlos a la red como para que puedan abastecerse de

manera independiente, es decir, con paneles fotovoltaicos. Una vez que las propuestas

de alumbrado exterior cumplan con las normativas y requerimientos necesarios, se

realizará un balance técnico-económico, y tomando en cuenta las necesidades del

proyecto, se analizarán y se concluirán los resultados obtenidos.

v

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN ...................................................................................................................... iv

ÍNDICE GENERAL .................................... ....................................................................... v

ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... x

ÍNDICE DE TABLAS .................................. .................................................................... xii

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1

CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA .............. .............................................. 5

CAPÍTULO 2 ALUMBRADO EXTERIOR ..................... ................................................... 7

2.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7

2.2 CONCEPTOS GENERALES ...................................................................................... 7

2.2.1 LUZ.......................................................................................................................... 7

2.2.2 TEMPERATURA DE COLOR .................................................................................. 8

2.2.3 FLUJO LUMINOSO ................................................................................................. 8

2.2.4 EFICACIA O EFICIENCIA LUMINOSA ................................................................... 9

2.2.5 ILUMINANCIA ....................................................................................................... 11

2.2.6 VIDA ÚTIL O ECONÓMICA .................................................................................. 11

2.2.7 FACTOR DE MANTENIMIENTO ........................................................................... 13

2.2.8 FACTOR DE UTILIZACIÓN O COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD ..................... 14

2.2.9 TIPOS DE LÁMPARAS A ESTUDIAR ................................................................... 15

vi

2.2.9.1 VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN .............................................................. 15

2.2.9.2 LED (Light Emitting Diode) ................................................................................. 16

2.2.9.2.1 VENTAJA DE LOS LEDS [20] ......................................................................... 18

2.3 ASPECTOS DE DISEÑO ......................................................................................... 19

2.3.1 NORMAS, CRITERIOS Y RECOMENDACIONES A EMPLEAR PARA EL DISEÑO

DEL ALUMBRADO DEL ESTACIONAMIENTO ............................................................ 19

2.3.2 CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL ALUMBRADO EXTERIOR .......................... 19

2.3.2.1 FLUJOGRAMA .................................................................................................. 19

2.3.2.2 DATOS DE ENTRADA ....................................................................................... 20

2.3.2.3 DATOS DE SALIDA ........................................................................................... 20

2.3.2.4 CÁLCULOS ........................................................................................................ 21

CAPÍTULO 3 INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AISLADA ........................................... 25

3.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 25

3.2 CONCEPTOS GENERALES .................................................................................... 25

3.2.1 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA..................................................................... 25

3.2.2 IRRADIACIÓN SOLAR ......................................................................................... 26

3.2.3 HORAS DE PRESENCIA DE IRRADIACIÓN SOLAR........................................... 27

3.2.4 DÍAS EQUIVALENTES SIN IRRADIACIÓN SOLAR O SIN SOL .......................... 27

3.2.5 HORA SOLAR PICO ............................................................................................ 27

3.2.6 CONSUMO MEDIO DIARIO ................................................................................. 28

vii

3.2.7 POTENCIA MÁXIMA PICO DEL PANEL............................................................... 28

3.2.8 VOLTAJE MÁXIMO PICO DEL PANEL ................................................................. 28

3.2.9 CAPACIDAD DE LA BATERÍA ............................................................................. 29

3.2.10 PROFUNDIDAD DE DESCARGA ...................................................................... 30

3.2.10.1 DESCARGAS SUPERFICIALES ..................................................................... 30

3.2.10.2 DESCARGAS PROFUNDAS .......................................................................... 30

3.2.11 VIDA ÚTIL DE LA BATERÍA ................................................................................ 30

3.2.12 COMPONENTES NECESARIOS PARA UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA

AISLADA ....................................................................................................................... 31

3.2.12.1 PANEL SOLAR ............................................................................................... 31

3.2.12.1.1 TIPOS DE PANELES SOLARES A UTILIZAR EN EL PROYECTO ............. 32

3.2.12.1.1.1 MONOCRISTALINO .................................................................................. 32

3.2.12.1.1.2 POLICRISTALINO ..................................................................................... 32

3.2.12.2 BATERÍAS ....................................................................................................... 33

3.2.12.2.1 TIPOS DE BATERÍAS .................................................................................. 33

3.2.12.2.1.1 ESTACIONARIAS MONOBLOCK ............................................................. 33

3.2.12.2.1.2 ESTACIONARIAS TRANSPARENTES O TRASLÚCIDAS ....................... 34

3.2.12.2.1.3 ESTACIONARIAS HERMÉTICAS ............................................................. 34

3.2.12.3 REGULADOR DE CARGA .............................................................................. 35

3.2.12.4 INVERSOR O CONVERTIDOR ...................................................................... 36

viii

3.3 ASPECTOS DE DISEÑO ........................................................................................ 36

3.3.1 CRITERIOS Y RECOMENDACIONES A EMPLEAR PARA EL DISEÑO DEL

ALUMBRADO DEL ESTACIONAMIENTO .................................................................... 36

3.3.2 CRITERIOS DE DISEÑO PARA UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AISLADA

....................................................................................................................................... 36

3.3.2.1 FLUJOGRAMA .................................................................................................. 36

3.3.2.2 DATOS DE ENTRADA ...................................................................................... 37

3.3.2.3 DATOS DE SALIDA .......................................................................................... 38

3.3.2.4 CÁLCULOS ....................................................................................................... 38

CAPÍTULO 4 CENTRO COMERCIAL MAIQUETÍA ..................................................... 44

4.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 44

4.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ........................................................................... 44

4.3 DISEÑO .................................................................................................................... 45

4.3.1 ALUMBRADO DEL ESTACIONAMIENTO ........................................................... 45

4.3.2 INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AISLADA ......................................................... 48

4.4 DISPOSICIÓN DE EQUIPOS .................................................................................. 52

4.4.1 PARA LA TECNOLOGÍA DE ILUMINACIÓN CON SODIO ALTA PRESIÓN ....... 52

4.4.2 PARA LA TECNOLOGÍA DE ILUMINACIÓN CON LED........................................ 53

4.5 ANÁLISIS ................................................................................................................ 55

4.5.1 TÉCNICO ............................................................................................................. 55

ix

4.5.2 ECONÓMICO ....................................................................................................... 57

4.5.2.1 ILUMINACIÓN DE SODIO ALTA PRESIÓN ..................................................... 58

4.5.2.2 ILUMINACIÓN LED ............................................................................................ 64

4.5.2.3 AHORRO EN BARRILES DE PETRÓLEO ........................................................ 71

4.5.3 AMBIENTALES .................................................................................................... 73

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................... ............................................. 75

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS ....................... ...................................................... 78

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1: Temperatura de color. [13] ............................................................................. 8

Figura 2.2: Flujo luminoso de diferentes tipos de lámparas. [10] ..................................... 9

Figura 2.3: Eficiencia luminosa [10] ............................................................................... 10

Figura 2.4: Evolución del rendimiento de los LEDs [9] .................................................. 11

Figura 2.5: Características fotométricas, colorimétricas y de duración de algunos tipos

de lámparas [9] .............................................................................................................. 12

Figura 2.6: Características de la calle a iluminar [13] .................................................... 14

Figura 2.7: Factor de utilización [13] ............................................................................. 15

Figura 2.8: Lámpara de vapor de sodio a alta presión [17] ........................................... 16

Figura 2.9: Partes de un LED [18] ................................................................................. 17

Figura 2.10: Luz aprovechable para Sodio Alta Presión y LED [19] .............................. 18

Figura 2.11: Flujograma para el diseño del alumbrado del proyecto ............................. 20

Figura 2.12: Disposición del alumbrado exterior [22] ..................................................... 23

Figura 3.1: Efecto fotovoltaico en una célula fotovoltaica [24] ........................................ 26

Figura 3.2: Irradiación solar [2] ...................................................................................... 27

Figura 3.3: Promedio de horas mensual entre amanecer y atardecer [2] ...................... 27

Figura 3.4: Días equivalentes sin irradiación solar [2] ................................................... 27

Figura 3.5: Variación de la capacidad de la batería con la temperatura [28] ................. 29

Figura 3.6: Esquema de una instalación fotovoltaica aislada [27] ................................. 31

xi

Figura 3.7: Panel solar monocristalino [25] ................................................................... 32

Figura 3.8: Panel solar policristalino [28] ....................................................................... 33

Figura 3.9: Batería estacionaria monoblock [28] ........................................................... 33

Figura 3.10: Batería estacionaria transparente [28] ...................................................... 34

Figura 3.11: Batería estacionaria hermética [28] ........................................................... 34

Figura 3.12: Regulador de carga [32] ............................................................................ 35

Figura 3.13: Inversor de 800 Vatios [34] ....................................................................... 36

Figura 3.14: Flujograma para el diseño de una instalación fotovoltaica aislada ............ 37

Figura 4.1: Estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía........................................ 45

Figura 4.2: Plano de disposición de las luminarias de sodio con sus respectivos equipos

....................................................................................................................................... 52

Figura 4.3: Plano de disposición de las luminarias LED con sus respectivos equipos ... 54

Figura 4.4: Sombra reflejada por la luminaria de sodio sobre la luminaria LED ............. 55

Figura 4.5: Evolución de los precios del petróleo [5] ...................................................... 73

xii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1: Factor de Depreciación de Flujo de las lámparas. [7] .................................... 13

Tabla 2.2: Factor de Depreciación por Suciedad de las luminarias. [7] .......................... 13

Tabla 2.3: Clasificación de las vías. [21] ........................................................................ 21

Tabla 2.4: Altura recomendable de las luminarias según su emisión de lúmenes [7] .... 22

Tabla 2.5: Relación para la selección de la disposición [22] .......................................... 23

Tabla 2.6: Recomendaciones Europeas para la relación entre la distancia interpostal

sobre la altura del montaje de la luminaria [7] ................................................................ 23

Tabla 3.1: Inclinaciones en función de la latitud. [28] ..................................................... 39

Tabla 4.1: Características del estacionamiento a iluminar ............................................ 46

Tabla 4.2: Coeficiente de utilización de la acera, la calzada y total ............................... 47

Tabla 4.3: Factor de mantenimiento .............................................................................. 47

Tabla 4.4: Distancia interpostal a partir de las Recomendaciones Europeas para la

relación entre la distancia interpostal y la altura de montaje ......................................... 48

Tabla 4.5: Flujo luminoso calculado mediante el método del flujo luminoso [23] .......... 48

Tabla 4.6: Tabla de consumo por poste ........................................................................ 49

Tabla 4.7: Consumo medio diario ................................................................................. 49

Tabla 4.8: Número total de paneles .............................................................................. 50

Tabla 4.9: Disposición de paneles colocados en serie y en paralelo ............................ 50

Tabla 4.10: Capacidad de los bancos de baterías ........................................................ 50

xiii

Tabla 4.11: Corriente de descarga en 100 horas .......................................................... 51

Tabla 4.12: Cantidad de baterías necesarias para la alimentación de las cargas ......... 51

Tabla 4.13: Corriente de entrada del regulador ............................................................. 51

Tabla 4.14: Corriente de salida del regulador ................................................................ 51

Tabla 4.15: Potencia del inversor .................................................................................. 52

Tabla 4.16: Disposición de equipos para las luminarias de sodio ................................. 53

Tabla 4.17: Disposición de equipos para las luminarias LED ......................................... 54

Tabla 4.18: Comparación técnica de los escenarios de iluminación exterior ................ 56

Tabla 4.19: Costos de los componentes para las lámparas de sodio alimentado

mediante energía solar .................................................................................................. 58

Tabla 4.20: Tarifa mensual [35] ..................................................................................... 59

Tabla 4.21: Vida útil de los equipos ............................................................................... 60

Tabla 4.22: Costos de reposición para la iluminación de sodio alimentada mediante

paneles fotovoltaicos en los primeros 10 años .............................................................. 61


paneles fotovoltaicos en los siguientes 10 años ............................................................ 62


paneles fotovoltaicos en los últimos 5 años .................................................................. 62

Tabla 4.25: Costos de reposición para la iluminación de sodio alimentada mediante la

red en los primeros 10 años .......................................................................................... 63


red en los siguientes 10 años ........................................................................................ 63

xiv


red en los últimos 5 años ............................................................................................... 64

Tabla 4.28: Costos de los componentes para las lámparas LED alimentado mediante

energía solar ................................................................................................................. 65

Tabla 4.29: Vida útil de los equipos ............................................................................... 66

Tabla 4.30: Costos de reposición para la iluminación LED alimentada mediante paneles

fotovoltaicos en los primeros 10 años ........................................................................... 67


fotovoltaicos en los siguientes 10 años ......................................................................... 67


fotovoltaicos en los últimos 5 años ................................................................................ 68

Tabla 4.33: Costos de reposición para la iluminación LED alimentada mediante la red

en los primeros 10 años ................................................................................................ 68


en los siguientes 10 años .............................................................................................. 69


en los últimos 5 años ..................................................................................................... 69

Tabla 4.36: Costos Totales para las propuestas de iluminación del estacionamiento en

Bolívares Fuertes ........................................................................................................... 70

Tabla 4.37: Costos Totales para las propuestas de iluminación del estacionamiento en

por unidad ..................................................................................................................... 71

Tabla 4.38: Conversión de consumos energéticos a emisiones de CO2 equivalentes

[37] ................................................................................................................................ 71

Tabla 4.39: Barriles ahorrados, precio del petróleo y ahorro ......................................... 72

1

INTRODUCCIÓN

Los centros comerciales son centros de ocio y esparcimiento, así como también fuentes

de trabajo, debido al número de personas que atraen. Sin embargo para que el Centro

Comercial Maiquetía sea un lugar de distracción para el público, es necesario que sus

usuarios se sientan cómodos, tranquilos y seguros como para estacionar su vehículo

dentro del estacionamiento del mismo.

Para el diseño de la iluminación del estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía,

es necesario seguir una serie de normas y criterios de diseño para el alumbrado

público, para el diseño de paneles solares y el dimensionamiento del banco de baterías

a utilizar, se siguen criterios de diseño para una instalación fotovoltaica aislada.

La implementación de luminarias LED alimentadas por medio de paneles fotovoltaicos y

respaldados mediante un banco de baterías, no solo ahorra la generación de energía al

estado al no utilizar combustibles fósiles, también se evita la emisión de gases

contaminantes y el desecho de materiales tóxicos como el mercurio.

El proyecto establece los criterios de diseño que se emplearon en el desarrollo de la

iluminación exterior del Centro Comercial Maiquetía y propone la inclusión de

tecnologías de iluminación amigables con el ambiente y que a su vez contribuyan a la

reducción de costos, operación y mantenimiento a futuro, y se mejore la relación costo-

beneficio en el tiempo.

Antecedentes

Ante un crecimiento demográfico, se incrementa la demanda del servicio eléctrico, en la

cual el alumbrado no se encuentra exento, debido a que cada vez mas lugares

necesitarán iluminación, sin embargo a medida que se necesite mayor energía y, por lo

tanto mayores puntos de iluminación, los conceptos de ahorro energético y de sistema

de alimentación independiente tomarán fuerza, ya que hoy en día no solo se busca una

solución técnica y económicamente eficiente, también es necesario reducir el consumo

energético.

2

El desarrollo de sistemas autónomos de energía nace de la necesidad de suministrar

energía en sitios remotos, reducir la generación de las centrales eléctricas y reducir la

emisión de gases contaminantes.

El diseño de un sistema fotovoltaico aislado se ha realizado previamente para viviendas

en zonas rurales en la región de Barlovento, Estado Miranda [1]. En el alumbrado

exterior del Centro Comercial Maiquetía, se realiza un sistema fotovoltaico por poste, ya

que las cargas son considerables, no solo por su rango de potencia (314W para dos

lámparas LED y 500W para dos lámparas de sodio); además se consideran 12 horas de

funcionamiento al día y adicionalmente, se toma en cuenta, para el banco de baterías, 5

días de ausencia de irradiación solar, según los datos meteorológicos de la NASA [2].

Para establecer los criterios para el diseño del alumbrado en el estacionamiento del

Centro Comercial Maiquetía, se utilizaron las Normas Nacionales como la COVENIN

3290-97, referente al diseño del alumbrado público, y las normas de diseño de

CORPOELEC como la Norma IIB-5 que establece criterios para proyectos de

instalaciones de alumbrado público y la Norma IIB-10 referente a los niveles de

iluminación. También se tomó en cuenta los criterios de diseño del libro de Alumbrado

público, del Ing. Ereú, basado en las Normas Nacionales mencionadas y las Normas

Internacionales como la CIE y la IES.

Los criterios utilizados para el diseño de paneles solares y el dimensionamiento del

banco de baterías a utilizar, se basan en el libro de Miguel Pareja Aparicio, el cual

explica el cálculo de una instalación fotovoltaica aislada, y en los criterios tomados por

la empresa Sunfields Europe.

El Ministerio del Poder Popular para la Energía Eléctrica, a través de la resolución 73

realizada el 10 de junio de 2011 [3], establece las primeras medidas de orden técnico y

administrativo en materia de uso racional y eficiente de la energía eléctrica. En materia

de iluminación, la Resolución 003 destaca la sustitución de bombillos incandescentes

por bombillos ahorradores, la relación entre esta resolución y el proyecto radica en la

implementación de las lámparas LED, como una nueva tecnología ecológica y

ahorrativa.

3

Justificación

La implementación de las luminarias LED alimentadas por medio de paneles solares,

promueve el cuidado del medio ambiente debido a que no se generan gases de efecto

invernadero debido a que las centrales termoeléctricas no alimentarían las cargas.

El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) ha

concluido que gases como el dióxido de carbono son emitidos por autos, fábricas y

centrales de generación de energía y que están cambiando el clima de la tierra [4].

El proyecto también fomenta el ahorro energético al utilizar de manera eficiente la

energía a través de la reducción del consumo, y de la generación. Al reducir en

consumo energético, se genera menos energía y se emiten menos gases de efecto

invernadero al medio ambiente, esto aplica en las plantas termo-eléctricas [5]. El

proyecto permite evaluar la viabilidad de esta tecnología y poseer a mediano plazo

datos sobre operación, mantenimiento y costos reales, además del estudio técnico-

económico realizado.

Objetivo General

Evaluar técnica-económicamente la alternativa de iluminación de exteriores mediante la

implementación de tecnología tipo LED en el Centro Comercial Maiquetía, operando de

manera aislada empleando paneles fotovoltaicos y bancos de baterías para satisfacer

los criterios técnicos.

Objetivos Específicos

• Establecer los criterios de diseño para el sistema de alumbrado exterior del

Centro Comercial Maiquetía.

• Identificar las tecnologías de iluminación tipo LED alimentadas por medio de

paneles fotovoltaicos.

• Realizar la comparación técnica entre las luminarias tipo LED y sodio a alta

presión, alimentadas a través de la red o por medio de paneles solares.

4

• Realizar el estudio costo-beneficio para determinar la factibilidad de utilizar

luminarias LED alimentadas por medio de paneles solares.

5

CAPÍTULO 1

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

El origen y surgimiento nace con la voluntad, visión y ganas de desempeñar una

empresa libre, que se desenvuelva en el mercado junto con las existentes. El fundador

de esta empresa es el Ingeniero Arturo Arenas, quien se graduó en la Universidad de

Carabobo como Ingeniero Electricista para el año de 1973. [6]

Después de obtener el título, comienza una labor gerencial en la empresa CADAFE,

trabajando día a día, hasta que al pasar de unos años pasa a ser gerente de obras de

la Empresa Proyelec, C.A. Más tarde crea una sociedad con otros colegas para crear

una compañía de construcción en general, donde englobaron todo lo relacionado, al

llegar al año 1978 hubo diversidad de criterios para gerenciar la pequeña empresa, por

lo que se produjo su desincorporación de la misma. Al pasar del tiempo relanzo su

proyecto en la compañía de uno de sus colegas y compañeros de estudio para entrar

en el área de instalaciones y proyectos eléctricos. [6]

A partir de este momento se fueron creando empresas, entre el periodo de 1980 a 1989

las compañías eran muy exitosas, en las cuales fueron aprendiendo nuevas maneras

de trabajo y experiencia en varias áreas, como lo son la parte administrativa, política

empresarial, etc., con las cuales pudieron tomar decisiones para los próximos años, los

cuales tuvieron algunas crisis empresariales. [6]

A finales de 1989 se disuelve la sociedad y el Ingeniero Arturo Arenas pasa a liderar su

propia compañía de manera absoluta y dirige todos sus conocimientos hacia el área de

electricidad y decide transformar una empresa de instalaciones eléctricas a una de

Ingeniería Eléctrica, en donde iba asesorar a centros comerciales, empresas, etc., con

proyectos de ahorro energético, sistemas de generación, instalaciones en baja y media

tensión, entre otras. [6]

6

Pero para poder tener una buena compañía que luchara y compitiera con las ya

existentes era necesario contar con la ayuda de profesionales, técnicos y obreros

calificados, aparte de esto con un equipo administrativo que pudiera emprender la parte

financiera. En la actualidad la empresa cuenta con varios proyectos que le dan al

Ingeniero Arturo Arenas y las empresas que dirige una sólida posición en el mercado y

el empeño para continuar aprendiendo conocimientos y seguir cumpliendo sus

objetivos. [6]

7

CAPÍTULO 2

ALUMBRADO EXTERIOR

2.1. INTRODUCCIÓN

En el presente capítulo se abarcarán los conceptos generales y criterios de diseño

esenciales para un sistema de alumbrado exterior en general y en particular para un

estacionamiento de un centro comercial.

El alumbrado exterior puede abarcar la iluminación tanto de vías públicas como

privadas, siempre y cuando se ilumine en un espacio abierto. Ilumina lugares con el fin

de permitir el desarrollo de actividades nocturnas dentro del perímetro proporcionando

condiciones de iluminación que generen sensación de seguridad a los peatones y una

adecuada visibilidad a los conductores de vehículos en zonas con alta circulación

peatonal.

2.2. CONCEPTOS GENERALES

2.2.1. LUZ

Es una forma de energía radiante a la cual el ojo es sensible. La luz que podemos ver

es una pequeña porción del amplio sistema de energía oscilante [7]. La forma como los

objetos son percibidos depende de cómo estos reflejen la luz y como se iluminan.

La luz forma parte de la energía radiante, ya que al interactuar con alguna superficie, se

refleja o se transmite hacia el sistema visual y produce la respuesta de los

fotoreceptores, dotando al ser humano del sentido de la visión [8].

8

Una buena solución en el diseño de un sistema de iluminación debe asegurar un medio

ambiente apropiado a las personas que utilizarán un espacio determinado [9], ya que

conducirán a una mayor productividad en los usuarios de ese espacio.

2.2.2. TEMPERATURA DE COLOR

Todos los objetos cuando aumentan su temperatura, emiten luz [10]. El color de la luz

cambia dependiendo del incremento de la temperatura, expresada en grados Kelvin (K).

La figura 2.1 explica en cuáles rangos de temperatura la luz emitida se considera cálida,

fría o intermedia. De acuerdo a los catálogos de General Electric [11] [12], la lámpara

de vapor de sodio a alta presión es una lámpara cálida ya que su temperatura del color

es de 2100K, mientras que la lámpara de LED es fría debido a que posee una

temperatura de 6000K. La temperatura de color al cual es sensible a la vista humana

es de 2100K y 6000K [9].

Por lo tanto, en base a la temperatura de cada luminaria toda luminaria a ser evaluada

en este estudio deberá estar dentro de ese rango para ser aceptada como una

iluminación exterior apropiada.

Figura 2.1: Temperatura de color. [13]

2.2.3. FLUJO LUMINOSO

Es la potencia lumínica emitida en forma de radiación luminosa, a la que el ojo humano

es sensible [10]. Su símbolo es el Φ y se mide en lúmenes (lm). El flujo luminoso que

produce una fuente lumínica es la cantidad total de luz emitida o radiada que recibe el

ojo humano y que transforma en luz durante un segundo [13]. Es un parámetro de

comparación entre las lámparas tipo LED y vapor de sodio a alta presión, ya que nos

indica que tanta radiación luminosa emite, estableciendo si la iluminación del

estacionamiento cumple o no con las normativas de iluminación.

9

Φ: Flujo luminoso total necesario en lúmenes

Emed: Iluminancia en lux

A: Ancho de la calzada en metros

S: Distancia entre dos puntos de luz en metros (Distancia interpostal)

Cu: Factor de utilización

Fm: Factor de mantenimiento

En la figura 2.2 se representa el flujo luminoso de algunos tipos de lámparas, en el caso

de la lámpara de vapor de sodio a alta presión de 250W, el flujo luminoso es de

25000lm, valor bastante cercano a los resultados de Corpoelec [14], de 27500 lúmenes,

y al catálogo del modelo LUCALOX XO, de General Electric de 33200 lúmenes.

Figura 2.2: Flujo luminoso de diferentes tipos de l ámparas [10]

2.2.4. EFICACIA O EFICIENCIA LUMINOSA

La eficacia o eficiencia luminosa (Φ) es el flujo que emite la fuente de luz por cada

unidad de potencia eléctrica (W) [15].

10

De acuerdo al Grupo Indal (2002), la eficiencia luminosa indica el flujo emitido por la

lámpara por cada vatio consumido por su obtención; el rendimiento luminoso será un

parámetro que medirá qué tan eficiente es la iluminación en función de su consumo. La

eficiencia luminosa será comparada para las lámparas de sodio a alta presión y para las

lámparas LED, mostrando cuál de las dos luminarias es más eficiente.

En la figura 2.3 se muestra la eficiencia luminosa de diversas lámparas, la eficiencia

luminosa de la lámpara de sodio a alta presión es de 133lm/W, que se encuentra dentro

de los rangos mostrados para lámpara de sodio a alta presión.

Figura 2.3: Eficiencia luminosa [10]

En referencia a las lámparas LED, actualmente existen desarrollos en laboratorios de

LED con 100lm/W de rendimiento, aunque en producción se están haciendo con 40 o

50lm/W [9].

Las lámparas tipo LED de General Electric ERMC a utilizar posee una eficiencia

luminosa de 60lm/W, razón por la cual ganó la distinción como mejor en su clase por el

Departamento Norteamericano de Energía en las Luminarias de Próxima Generación

11

(U.S. Department of Energy in the Next Generation Luminaires) [12]. La figura 2.4

muestra la evolución del rendimiento de los LEDs.

Figura 2.4: Evolución del rendimiento de los LEDs [ 9]

2.2.5. ILUMINANCIA

Es el flujo luminoso recibido por una superficie. Su símbolo es E y su unidad el Lux (lx)

que es un lumen por metro cuadrado, lm/m2 [16], deduciendo que mientras mayor sea

el flujo luminoso incidente sobre una superficie, mayor será su iluminancia, y que, para

un mismo flujo luminoso incidente, la iluminancia será tanto mayor en la medida en que

disminuya la superficie. A medida que la altura de los postes se incremente, la

iluminancia medida por el luxómetro será menor.

2.2.6. VIDA ÚTIL O ECONÓMICA

Se basa en datos de depreciación, cambio de color, supervivencia como así también el

costo de la lámpara, precio de la energía que consume y costo de mantenimiento. Se

define como el número de horas durante el cual puede funcionar correctamente una

lámpara hasta que se haga necesario su reemplazo [7].

12

Las horas de vida útil representadas en las hojas técnicas de las luminarias representa

el tiempo en que el flujo luminoso de una lámpara se deprecia entre un 80 y 85%;

después de transcurrido dicho tiempo, se deben cambiar las luminarias. En la figura 2.5,

se muestra la vida útil de las lámparas de sodio a alta presión, dicha vida útil se

promedió con la vida útil del catálogo, para luego reseñarla en la tabla de comparación

técnica.

Figura 2.5: Características fotométricas, colorimét ricas y de duración de algunos

tipos de lámparas [9]

13

2.2.7. FACTOR DE MANTENIMIENTO

Es la relación entre el rendimiento de una luminaria al momento de la limpieza y el valor

inicial. Depende de la forma de construcción de la luminaria y de la posibilidad de

ensuciamiento que conlleva. [9]. El factor de mantenimiento de la luminaria tiene en

cuenta la depreciación del flujo luminoso de la luminaria y la depreciación por suciedad.


FDF: Factor Depreciación del Flujo Luminoso

FDS: Factor Depreciación por Suciedad

Tabla 2.1: Factor de Depreciación de Flujo de las l ámparas [7]

Tipo de Bombillo F.D.F

Incandescente 0.8

Mercurio 0.8

Sodio Alta Presión 0.8

Luz Mixta 0.75

Sodio Baja Presión 0.9

Tabla 2.2: Factor de Depreciación por Suciedad de l as luminarias [7]

Tipo de Luminaria F.D.S

Hermética 0.80 a 0.85

Ventilada 0.70 a 0.80

Abierta 0.65 a 0.75

Si los datos se desconocen, el Fm se supondrá entre 0,7 y 0,75 [7]

14

2.2.8. FACTOR DE UTILIZACIÓN O COEFICIENTE DE UNIFO RMIDAD

Relación que existe entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo y el flujo total

que emiten las lámparas instaladas [7]. El coeficiente de uniformidad, o factor de

utilización Cu o η, se calcula de la siguiente manera:

Figura 2.6: Características de la calle a iluminar [13]

En las ecuaciones 2.3 y 2.4, se relacionan los anchos tanto de la acera como de la

calzada con la altura del montaje, dichos valores se interpolan con la gráfica del factor

de utilización de la figura 2.7, y así hallar tanto el coeficiente de uniformidad para la

acera Cu2, como para la calzada Cu1, ambos valores se suman para así obtener el

coeficiente de uniformidad a utilizar para que, junto con otros datos poder calcular el

flujo luminoso necesario para alumbrar cada parte del estacionamiento.

15

Figura 2.7: Factor de utilización [13]

2.2.9. TIPOS DE LÁMPARAS A ESTUDIAR

2.2.9.1. VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN

La luz emitida por estas lámparas tiene una tonalidad blanco-dorada. Su vida media

ronda las 20000 horas mientras que su vida útil se encuentra en el rango entre las 8000

y las 12000 horas [7]. En el mercado actual, se consiguen lámparas de vapor de sodio a

alta presión cuya vida útil ronda entre 20000 y 28500 horas.

Esta lámpara utiliza equipos auxiliares para su encendido tales como la inductancia

para estabilizar la corriente, el arrancador o ignitor para el arranque que le suministra un

pico alto de voltaje entre 2,5 a 5 kilovoltios en un tiempo muy pequeño en µ-segundos y

un condensador para mejorar su factor de potencia [7].

Las condiciones de funcionamiento son bastante exigentes, debido a: las altas

temperaturas (1000ºC), la presión y las reacciones químicas producidas por el sodio

hacia el tubo de descarga. Para amortiguar la descarga estas lámparas poseen una

mezcla de sodio, vapor de mercurio y para facilitar el arranque y reducir las pérdidas

térmicas se le agrega xenón.

16

Figura 2.8: Lámpara de vapor de sodio a alta presió n [17]

Estas lámparas son utilizadas tanto en iluminación de exteriores, la razón de elegir las

lámparas de sodio a alta presión para ser comparadas con la tecnología LED, radica en

que las lámparas de vapor de sodio de alta presión presentan mayor eficiencia lumínica

respecto al resto.

2.2.9.2. LED (Light Emitting Diode)

Es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz policromática, es decir, con

diferentes longitudes de onda, cuando se polariza en directa y es atravesado por la

corriente eléctrica. El color depende del material semiconductor empleado en la

construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro

de luz visible, hasta el infrarrojo [18]

17

Figura 2.9: Partes de un LED [18]

Las lámparas LED se caracterizan por una emisión de luz monodireccional que reduce

significativamente la luz reconducida por la parábola, consiguiendo un coeficiente de

utilización que supera el 77% de la luz emitida [19].

Ello viene a significar que una luminaria LED de menor capacidad de producción

lúmenes por vatio proporciona más luz aprovechable en el cono de proyección o

iluminación útil que otras fuentes de luz.

18

Figura 2.10: Luz aprovechable para Sodio Alta Presi ón y LED [19]

2.2.9.2.1. VENTAJA DE LOS LEDS [20]

• Los leds reducen drásticamente el consumo energético en comparación a las

luminarias tradicionales

• Tiempo estimado de vida muy elevado, por lo que se reducen costos de

mantenimiento.

• Trabajan a muy baja corriente y tensión lo que los hace más seguros y confiables

en su implementación.

• A baja potencia, no generan calor

• Por ser de estado sólido pueden ser adaptados a aplicaciones con ciertos grados

de vibraciones o impactos

• Tiempo de encendido es prácticamente instantáneo, por lo que no produce una

corriente de arranque.

• Permiten la elaboración de dispositivos de iluminación mucho más prácticos y de

fácil instalación.

19

2.3. ASPECTOS DE DISEÑO

En los aspectos de diseño, para el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía, se

toman en cuenta normas, criterios y recomendaciones para alumbrado público, debido

a que por el estacionamiento circulan vehículos y son un tipo de vía determinado.

2.3.1. NORMAS, CRITERIOS Y RECOMENDACIONES A EMPLE AR PARA EL

DISEÑO DEL ALUMBRADO DEL ESTACIONAMIENTO

• Norma COVENIN 3290-97: Alumbrado público. Diseño.

• Norma de Diseño (IIB -5) – 2007: Criterios para proyectos de instalaciones de alumbrado

público.

• Norma de Diseño (IIB -10) – 2007: Niveles de iluminación para alumbrado público:

Definiciones y métodos de medición.

• Libro de Miguel Ereú: Alumbrado público. Criterios, Diseños y Recomendaciones.

2.3.2. CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL ALUMBRADO EXTERI OR

2.3.2.1. FLUJOGRAMA

20

Figura 2.11: Flujograma para el diseño del alumbrad o del proyecto

2.3.2.2. DATOS DE ENTRADA

• Ancho de la vía en metros

• Iluminancia en luxes

• Flujo luminoso de las lámparas en lúmenes

• Factor de depreciación de flujo (FDF)

• Factor de depreciación de suciedad (FDS)

2.3.2.3. DATOS DE SALIDA

• Altura de montaje en metros

• Factor de mantenimiento

• Relación Distancia interpostal/Altura de montaje

• Distancia interpostal en metros

21

• Flujo luminoso total necesario en lúmenes

2.3.2.4. CÁLCULOS

Por medio de la ubicación y medición del área de la zona de estudio, no solo se

determinó el área a iluminar, se midió el ancho de la vía A, en metros.

La Norma de diseño IIB-10-2007 referente a los niveles de iluminación para alumbrado

público, establece que el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía es una vía

tipo D.

Tabla 2.3: Clasificación de las vías [21]

Tipo de vía Descripción

A Autopistas, avenidas principales (vías expresas)

B

Avenidas principales residenciales e industriales, calles principales y

distribuidores

C Avenidas y calles residenciales e industriales, secundarias, carreteras urbanas.

D

Calles rurales, sub-urbanas y de acceso a barriadas. Accesos a peajes,

terminales de pasajeros, alcabalas, estacionamientos.

E

Áreas públicas de circulación de peatones: Plazas, parques, bulevares,

caminerías, veredas, puentes y pasarelas.

Para una vía tipo D, el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía debe tener una

iluminancia media entre los 15 y 25 luxes [21], se eligen 15 luxes de iluminancia media

para ahorrar costos, sin embargo, ante la posibilidad de que las lámparas emitan un

flujo luminoso menor, y por lo tanto una iluminancia media menor, se considera un

rango de seguridad que abarca entre un 10 y un 20% adicional, se tomó un rango de

15% para diseñar el estacionamiento a 17,25 luxes.

Para la elección de la altura de montaje, se siguieron las recomendaciones europeas,

las cuales son criterios que orientan a los proyectistas para seleccionar la altura de

montaje en función del flujo luminoso de las lámparas [7].

22

Tabla 2.4: Altura recomendable de las luminarias se gún su emisión de lúmenes

[7]

Lúmenes de la Lámpara Altura en metros

3000 y 10000 6 ≤ H ≤ 7,5

10000 y 20000 7,5 ≤ H ≤ 9

20000 y 40000 9 ≤ H ≤ 12

40000 y 50000 12 ≤ H ≤ 15

Mayor a 50000 H mayor a 15

Una vez obtenidos el ancho de la vía y la altura del montaje de la luminaria, se calcula

el coeficiente de utilización, el ancho de la vía es la suma del ancho del lado de la

calzada y el ancho del lado de la acera, con las ecuaciones 2.4 y 2.5 respectivamente,

se relacionan los anchos tanto de la calzada como el de la acera, y mediante la figura

2.7, para cada valor dado en las relaciones se determinan los coeficientes de utilización

tanto de la calzada como de la acera, una vez determinados cada coeficiente, se suman

utilizando la ecuación 2.6.

Independientemente de los valores calculados previamente, se procede a determinar el

factor de mantenimiento mediante la ecuación 2.3, los factores de depreciación de flujo

y de suciedad para la lámpara de sodio, se tomaron del Libro del Ing. Ereú, mientras

que para las lámparas LED, se consultaron con el Ing. Esteban Rameix, de General

Electric, en febrero de 2012.

Para poder determinar la disposición del alumbrado exterior, se utiliza la Norma de

Diseño (IIB-5) – 2007 referente a los criterios para proyectos de instalaciones de

alumbrado público, la cual muestra la disposición de las lámparas en función de la

relación entre el ancho de la vía y la altura de montaje.

23

Figura 2.12: Disposición del alumbrado exterior [22 ]

Tabla 2.5: Relación para la selección de la disposi ción [22]

Disposición Relación entre el ancho de la vía y la altura del m ontaje

Unilateral A<Hm

Bilateral al tresbolillo 1,5.Hm≥A≥Hm

Bilateral pareada A>1,5.Hm

La relación entre el espaciamiento de luminarias (distancia interpostal) y la altura de

montaje de las mismas está íntimamente ligada a la uniformidad de la iluminación que

se consigue sobre la calzada [7]. Por lo tanto para 17,25 luxes se eligió una relación de

2, el riesgo de elegir una relación mayor radica en una menor comodidad visual para los

usuarios del estacionamiento.

Tabla 2.6: Recomendaciones Europeas para la relació n entre la distancia

interpostal sobre la altura del montaje de la lumin aria [7]

Iluminación Media en Luxes Distancia Interpostal/Altura de montaje

2 a 7 4 a 5

7 a 15 3,5 a 4

15 a 30 2 a 3,5

Una vez elegida la relación entre la distancia interpostal y la altura de montaje, se

despeja la distancia interpostal.

24

Una vez obtenido todos los datos necesarios, se utiliza la ecuación 2.1 para hallar el

flujo luminoso total necesario en lúmenes, a través del método del flujo luminoso, cuya

ecuación se encuentra estipulada en la Norma COVENIN 3290-97, referente al diseño

de alumbrado público. Si el flujo luminoso resultante es menor o igual al flujo luminoso

de las lámparas, la solución se considera válida [23], en caso contrario, se pueden

modificar los datos de entrada como:

• Iluminancia en luxes

• Factor de depreciación de flujo (FDF)

• Factor de depreciación de suciedad (FDS)

O los datos de salida como:

• Altura de montaje en metros

• Factor de mantenimiento

• Relación Distancia interpostal/Altura de montaje

• Distancia interpostal en metros

25

CAPÍTULO 3

INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AISLADA

3.1. INTRODUCCIÓN

En el presente capítulo se abarcarán los conceptos generales y criterios de diseño

fundamentales para implementar una instalación fotovoltaica aislada, cada poste será

alimentado mediante paneles fotovoltaicos y respaldado mediante un banco de

baterías.

Los sistemas fotovoltaicos aprovechan la energía emanada por el Sol para convertirla

en electricidad, es de gran relevancia puesto que pueden reducir el consumo e inclusive

sustituir las principales y contaminantes fuentes energéticas actuales como lo son el

carbón, el petróleo y sus derivados.

Los sistemas fotovoltaicos pueden generar energía en donde sea necesaria, brindando

una importante contribución a la protección del clima terrestre. No son contaminantes,

sin embargo, el elevado costo de su implementación aún está muy por encima de los

acarreados por el uso de combustibles fósiles en la mayoría de los casos.

3.2. CONCEPTOS GENERALES

3.2.1. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Es el método mediante el cual puede ser extraída la energía de los rayos solares [24],

se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por

medio de módulos fotovoltaicos, este fenómeno se conoce como el efecto fotovoltaico

donde la radiación luminosa interactúa con los electrones en los materiales

semiconductores.

26

Los fotones contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones de los

materiales semiconductores que rompen la barrera de potencial de la unión P-N y sale

del semiconductor a través de un circuito exterior, produciéndose así la corriente

eléctrica.

El modulo más pequeño de material semiconductor con unión P-N y por lo tanto con

capacidad de producir electricidad, es denominado célula fotovoltaica [25]. Estas

células fotovoltaicas se combinan de determinadas maneras para lograr la potencia y el

voltaje deseados. Este conjunto de células sobre el soporte adecuado y con los

recubrimientos que le protejan convenientemente de agentes atmosféricos es lo que se

denomina panel fotovoltaico.

Figura 3.1: Efecto fotovoltaico en una célula fotov oltaica [24]

Tradicionalmente este tipo de energía se utilizaba para el suministro de energía

eléctrica en lugares donde no era rentable la instalación de líneas eléctricas [26]. El

sistema solar fotovoltaico busca en primer lugar “transformar directa y eficientemente la

energía solar en energía eléctrica” [2], a través del panel solar y luego, por medio del

banco de baterías, se busca almacenar adecuadamente la energía eléctrica generada.

3.2.2. IRRADIACIÓN SOLAR

La irradiación solar mide el promedio mensual de la radiación incidente en el área a

medir, se mide en KWh/m2/día [2].

27

A medida que la irradiación solar sea mayor, mayor corriente producirá la célula

fotovoltaica.

Figura 3.2: Irradiación solar [2]

3.2.3. HORAS DE PRESENCIA DE IRRADIACIÓN SOLAR

Son las horas promedio comprendidas entre amanecer y atardecer.

Figura 3.3: Promedio de horas mensual entre amanece r y atardecer [2]

3.2.4. DÍAS EQUIVALENTES SIN IRRADIACIÓN SOLAR O SI N SOL

Promedio de días mensual en que la irradiación solar es nula.

Figura 3.4: Días equivalentes sin irradiación solar [2]

3.2.5. HORA SOLAR PICO

Son el número de horas en que disponemos de una hipotética irradiancia solar

constante de 1000 W/m2. [27] Se divide la irradiación solar entre 1000W/m2.

28

3.2.6. CONSUMO MEDIO DIARIO

El consumo medio diario refleja la energía consumida por las cargas a alimentar en un

día, su unidad es en vatios- hora (Wh). La ecuación 3.1 muestra cómo se calcula el

consumo medio diario [27]:

Donde:

LmedDC: consumo medio diario para cargas alimentadas por corriente directa. (W.h)

LmedAC: consumo medio diario para cargas alimentadas por corriente alterna. (W.h)

Lmed: consumo medio diario (W.h).

ηinversor: eficiencia del inversor.

ηbatería: eficiencia de la batería.

ηconductor: eficiencia del conductor.

3.2.7. POTENCIA MÁXIMA PICO DEL PANEL

Es la potencia suministrada por el módulo fotovoltaico a condiciones de prueba

estándar, a una radiación solar de 1000W/m2 y a 25ºC. [26]

3.2.8. VOLTAJE MÁXIMO PICO DEL PANEL

Es la tensión de trabajo del módulo fotovoltaico a condiciones de prueba estándar, a

una radiación solar de 1000W/m2 y a 25ºC. [26]

29

3.2.9. CAPACIDAD DE LA BATERÍA

Cantidad de electricidad que puede suministrar en un tiempo dado, se mide en

amperes-hora (A.h). Los parámetros que definen la capacidad de la batería son:

duración de descarga, intensidad de descarga, temperatura y tensión final [28]. Los

Amperios- hora reflejan la corriente suministrada en un tiempo determinado. La

capacidad de una batería es determinada en función de la duración de la descarga, el

cual es proporcionado por el fabricante, para por ejemplo, una duración de 10 horas

(C10)

Cn: Capacidad de la batería (A.h)

In: Intensidad de descarga (A)

La capacidad de la batería depende de la temperatura, si la temperatura aumenta, por

ende, lo hará la capacidad y viceversa.

Figura 3.5: Variación de la capacidad de la batería con la temperatura [28]

La capacidad nominal de un acumulador, que el fabricante suele dar para 25°C, como

en la tabla de arriba, aumenta con la temperatura a razón de un 1%/°C,

aproximadamente.

Pero en el caso de que la temperatura sea demasiado alta, la reacción química que

pasa en la batería se acelera, provocando la oxidación mencionada al hablar de

sobrecarga, reduciendo la vida de la batería, este problema se compensa en parte

30

poniendo densidades de disolución bajas (de 1.25 para baterías totalmente cargadas)

[29] .

Si la temperatura es baja, la vida útil aumenta, pero se corre el riesgo de congelación.

La temperatura de congelación depende de la densidad de la disolución, a su vez

directamente relacionada con el estado de carga de la batería: cuanto mayor es la

densidad, menor es la temperatura de congelación.

Por eso, para prevenir la congelación es mejor tener las baterías cargadas que

descargadas, lo cual afecta a la máxima profundidad de descarga admisible.

3.2.10. PROFUNDIDAD DE DESCARGA

Es el porcentaje de la capacidad total de la batería que se utiliza durante un ciclo de

carga o descarga, dependiendo del valor de la profundidad de descarga pueden ser:

3.2.10.1. DESCARGAS SUPERFICIALES

Aceptan descargas de hasta 20% de la capacidad nominal de la batería, manteniendo

intacta la vida útil de la batería (sin descensos).

3.2.10.2. DESCARGAS PROFUNDAS

Aceptan descargas de hasta 80% de la capacidad nominal de la batería, manteniendo

intacta la vida útil de la batería (sin descensos). El fabricante facilita este valor, en caso

contrario se toma entre un 60 y 70%.

3.2.11. VIDA ÚTIL DE LA BATERÍA

Medida en ciclos, nos define cuantas veces se carga y descarga la batería, ya que con

cada carga y cada descarga la batería pierde propiedades, envejece, se reduce la vida

útil. A mayor descarga, habrá menor capacidad y el número de ciclos será menor, en

consecuencia, la vida útil será menor.

31

3.2.12. COMPONENTES NECESARIOS PARA UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA

AISLADA

Cada poste representará una instalación fotovoltaica aislada, en este tipo de sistemas,

la energía producida por los módulos fotovoltaicos es almacenada en baterías de

acumulación. La carga es alimentada, a través del regulador de carga, por la energía

acumulada en las baterías.

Figura 3.6: Esquema de una instalación fotovoltaica aislada [27]

3.2.12.1. PANEL SOLAR

Paneles fotovoltaicos que captan energía luminosa y la transforman en corriente

continúa a baja tensión [24], son placas rectangulares formadas por un conjunto de

celdas fotovoltaicas protegidas por un marco de vidrio y aluminio anodizado [26]. Entre

los principales tipos de paneles solares a considerar para esta investigación están:

32

3.2.12.1.1. TIPOS DE PANELES SOLARES A UTILIZAR EN EL PROYECTO

3.2.12.1.1.1. MONOCRISTALINO

Los paneles de tipo monocristalino, presentan una estructura cristalina totalmente

ordenada. Se basan en secciones de una barra de silicio perfectamente cristalizado en

una sola pieza [25]. Posee una monocromía azulada oscura y metálica. Los paneles

monocristalinos por el hecho de poseer una estructura cristalina completamente

ordenada, poseen una eficiencia de 18% aproximadamente, de acuerdo a los catálogos

de Linklight Solar [31] y Komaes Solar [30], ofrecen unos mejores rangos de corriente a

máxima potencia.

Figura 3.7: Panel solar monocristalino [25]

3.2.12.1.1.2 POLICRISTALINO

Presenta una estructura ordenada por regiones separadas [28]. Las zonas irregulares

implican un decremento del rendimiento, ya que el proceso de cristalización del silicio

es diferente y menos elaborado, presentan un aspecto granulado. En el proyecto se

utilizarán paneles policristalinos porque no solo son los más comunes en el mercado,

sino que su precio es más accesible respecto a los paneles monocristalinos y la

diferencia de eficiencia entre un panel monocristalino y policristalino ronda entre el 2 y 3

%. De acuerdo a los catálogos de Linklight Solar y Komaes Solar [31][30], los paneles

policristalinos, ofrecen rango menores de corriente que rondan entre un 1 y 3% de

diferencia respecto a los paneles de tipo monocristalinos.

33

Figura 3.8: Panel solar policristalino [28]

3.2.12.2. BATERIAS

Elemento que almacena la energía cuando su consumo es alto, o bien para el momento

en el que el sol esté oculto. [25]. Las baterías se encargan de “Almacenan energía

eléctrica en periodos de abundante radiación solar” [24], por lo tanto, ante bajos

consumos, la energía eléctrica almacenada se utiliza, sirviendo para proveer energía

eléctrica estable. Las baterías a utilizar en el proyecto, de acuerdo al Coordinador

técnico de la Duncan, el Ingeniero Marcos Rojas, son un híbrido entre las baterías

estacionarias monoblock, y las estacionarias herméticas las cuales son hechas de

plomo- ácido.

3.2.12.2.1. TIPOS DE BATERÍAS

3.2.12.2.1.1. ESTACIONARIAS MONOBLOCK

Formadas de un solo bloque y de menor capacidad que las baterías estacionarias

traslúcidas y herméticas de una célula, se utilizan en instalaciones de poca potencia.

Figura 3.9: Batería estacionaria monoblock [28]

34

3.2.12.2.1.2. ESTACIONARIAS TRANSPARENTES O TRASLÚC IDAS

Son baterías que se encuentran separadas en células pero el material que lo cubre

permite ver el interior de la batería (transparente) o no (traslúcida) [28]. Se conectan en

serie porque el voltaje de cada batería oscila los 2,2V, son de mayor tamaño y peso que

las baterías estacionarias monoblock, en muchos casos el ácido electrolítico se rellena

en la batería después de ser instalada.

Figura 3.10: Batería estacionaria transparente [28]

3.2.12.2.1.3. ESTACIONARIAS HERMÉTICAS

No se tiene acceso a su interior puesto que son selladas, y como su electrolítico es más

denso, no se derraman pudiéndose colocar en cualquier posición. Las baterías a utilizar

en el proyecto son estacionarias herméticas.

Figura 3.11: Batería estacionaria hermética [28]

35

3.2.12.3. REGULADOR DE CARGA

Controla la carga y descarga de la batería para que estas no se sobrecarguen [26]. Una

vez cargada la batería, se deja de cargar, evitando la generación de gases y la

disminución del líquido en el interior de la batería, y al no sobrecargarse la batería, su

vida útil aumenta. Así como el regulador impide la sobrecarga, también impide la sobre-

descarga. Una vez que la batería se descargue de manera profunda, no debe suplir

más corriente al sistema.

El regulador controla el flujo de corriente que van hacia la batería provenientes de los

módulos, o la corriente proveniente de las baterías hacia el sistema eléctrico o

directamente a las cargas.

Figura 3.12: Regulador de carga [32]

3.2.12.4. INVERSOR O CONVERTIDOR

Los inversores convierten corriente directa en alterna. Si bien se trata de un

componente opcional, generalmente es útil y ampliamente utilizado al momento de

alimentar electrodomésticos, computadoras, etc. [26].

Sin embargo, la importancia de los inversores radica en la proveeduría de energía de

calidad y cantidad, que cumpla con las demandas.

36

Figura 3.13: Inversor de 800 Vatios [34]

3.3. ASPECTOS DE DISEÑO

En los aspectos de diseño, para el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía, se

toman en cuenta criterios y recomendaciones para las instalaciones fotovoltaicas

aisladas.

3.3.1. CRITERIOS Y RECOMENDACIONES A EMPLEAR PARA EL DISEÑO DEL

ALUMBRADO DEL ESTACIONAMIENTO

• Libro de Miguel Pareja Aparicio: Energía solar fotovoltaica. Cálculo de una

instalación aislada.

• Manual para instalaciones fotovoltaicas autónomas de Sunfields Europe.

3.3.2. CRITERIOS DE DISEÑO PARA UNA INSTALACIÓN FOT OVOLTAICA

AISLADA

Por requerimientos de la empresa Arturo Arenas y Asociados, los postes deben ser

alimentados por medio de paneles fotovoltaicos independientes de la red eléctrica.

3.3.2.1. FLUJOGRAMA

37

Figura 3.14: Flujograma para el diseño de una insta lación fotovoltaica aislada

3.3.2.2. DATOS DE ENTRADA

• Irradiación Solar Promedio en Kilovatio-hora/metro cuadrado.

• Potencia consumida por las luminarias en vatios.

• Latitud del estacionamiento en grados.

• Horas de funcionamiento en horas.

• Eficiencia del inversor.

• Eficiencia de la batería.

• Eficiencia del conductor.

• Potencia máxima pico del panel a condiciones de prueba estándar a 1000W/m2 y

25ºC en vatios.

• Factor global de funcionamiento del panel.

38

• Voltaje máximo pico del panel a condiciones de prueba estándar a 1000W/m2 y

25ºC en voltios.

• Voltaje equivalente del banco de baterías en voltios.

• Número de días sin sol.

• Factor de profundidad de descarga.

• Factor de corrección de temperatura.

• Corriente de corto-circuito del panel fotovoltaico en amperios.

• Eficiencia del regulador.

• Factor de arranque de las lámparas.

3.3.2.3. DATOS DE SALIDA

• Hora Solar Pico en horas

• Ángulo de inclinación en grados.

• Consumo medio diario para cargas alimentadas por corriente alterna en vatios-

hora.

• Consumo medio diario en vatios-hora.

• Número total de paneles fotovoltaicos.

• Número total de paneles fotovoltaicos en serie.

• Número total de paneles fotovoltaicos en paralelo.

• Capacidad de la batería en amperios-hora.

• Corriente de descarga de la batería durante 100 horas en amperios.

• Corriente de entrada del regulador en amperios.

• Corriente de salida del regulador en amperios.

• Potencia del inversor en vatios.

3.3.2.4. CÁLCULOS

Primero se determinó la irradiación solar promedio en un día, cuyas unidades se

encuentran en KWh/m2/día, este dato es suministrado por el departamento de

meteorología y energía solar de la NASA [2]. Luego se determina las Horas Solares

Pico relacionando la irradiación solar con 1000W/m2 por medio de la ecuación 3.1.

39

Para calcular el ángulo de inclinación de los paneles, es necesario saber la latitud del

lugar al cual se le colocarán dichos paneles fotovoltaicos como lo muestra la tabla 3.1

referente a las inclinaciones en función de la latitud.

Tabla 3.1: inclinaciones en función de la latitud [ 28]

Latitud del lugar Ángulo en invierno Ángulo en verano

0 a 15º 15º 15º

15 a 25º Latitud Latitud

25 a 30º latitud +5º latitud -5º



>40º latitud +20º latitud -20º

Para el cálculo de paneles solares es necesario saber el consumo medio diario de las

cargas que serán alimentadas [27], en este caso, las luminarias tipo LED o las

luminarias de Sodio Alta Presión, se toman 12 horas de funcionamiento y un margen de

seguridad del 20% para el consumo medio diario, recomendado por el Manual de

Instalaciones Fotovoltaicas Autónomas de Sunfields Europe. Como ambas cargas

funcionan en corriente alterna, el consumo medio diario en corriente continua es nulo,

para sacar el verdadero consumo medio diario, dicho manual, utiliza la ecuación 3.2,

donde se toman valores típicos recomendados por el Manual de Instalaciones

Fotovoltaicas Autónomas de eficiencia del inversor, de la batería y del conductor.

Una vez determinado el consumo medio se procede al cálculo de los paneles solares,

en primer lugar se calcula el número total de paneles a implementar en cada poste,

para ambos tipos de luminaria. Para ello se necesitan varios datos como los mostrados

en la ecuación 3.4:

Donde:

40

NT: Número total de paneles

Lmed: consumo medio diario en W.h

Pmp@STC: Potencia máxima pico del panel a condiciones de prueba standard, a

1000W/m2 y a 25ºC

HT: Horas de Trabajo

PR: factor global de funcionamiento del panel

El número total de paneles se determinó por el cálculo previo del consumo medio diario

y de las horas solares picos, la potencia máxima pico es un dato que se encontraba en

las hoja técnica del panel y para el factor global de funcionamiento del panel se toma

0,9.

Para potencias menores a 1500 vatios, se recomienda trabajar con una tensión de

trabajo de 12 voltios en corriente continua [27].

Para poder deducir de la cantidad de paneles totales, cuantos se dispondrán en serie y

cuantos en paralelo, se dividió el voltaje del banco de baterías entre el voltaje del panel

a máxima potencia, para establecer la cantidad de paneles en serie, si la relación da un

número menor o igual a 1, la disposición era de un panel en serie, para saber la

cantidad de paneles en paralelo se realizaba la relación entre la cantidad de paneles

totales y la cantidad de paneles totales en serie.

Para el cálculo del banco de baterías, los parámetros importantes para el dimensionado

de la batería son el factor de descarga profunda, el número de días de autonomía (Días

Sin Sol) y el consumo medio diario [27], se asume un factor de corrección de

temperatura unitario debido a que la temperatura promedio anual promedia entre 25 y

26ºC, si bien es cierto que de acuerdo a Pareja (2010), a mayores temperaturas, mayor

será su factor de corrección, cabe destacar que para factores de correcciones de

temperaturas mayores, la capacidad total del punto a alimentar con el banco de

baterías será menor, y por ende la cantidad de baterías necesarias disminuirá,

41

corriendo el riesgo de sub-dimensionar el punto (o poste) a alimentar, la ecuación 3.5

muestra el cálculo de la capacidad de la batería en amperes- hora:

Donde:

CB: Capacidad de la batería en A.h

Lmed: consumo medio diario en W.h

DSS: Número de días sin sol

FPD: Factor de profundidad de descarga

FCT: Factor de corrección de temperatura

Vb: Voltaje del banco de baterías

Una vez obtenida la capacidad de las baterías, se calcula su corriente de descarga en

un tiempo de 100 horas, relacionando la capacidad de las baterías entre las 100 horas

[28]. Para la selección de las baterías, se debe tomar en cuenta su capacidad en un

tiempo de descarga de 100 horas, las baterías elegidas poseen una capacidad de 200

A.h en 20 horas y de 259 A.h en 100 horas.

Con en número de baterías seleccionado, se procede a calcular el regulador, se

determina la máxima corriente que debe soportar el regulador, a su entrada pero

también a su salida [27]. La corriente de entrada del regulador, se obtiene mediante la

corriente de cortocircuito de un módulo fotovoltaico multiplicado por el número total de

paneles en paralelo y un factor de seguridad del 25%. La ecuación 3.6 muestra el

cálculo de la corriente de salida del inversor:

Donde:

42

Ient: Corriente de entrada del regulador

NTparalelo: Número total de paneles en paralelo

Icc: Corriente de cortocircuito del módulo fotovoltaico

Para calcular la corriente de salida del regulador, se toma en consideración las cargas

que son alimentadas en corriente directa y corriente alterna, el voltaje del banco de

baterías, la eficiencia del regulador y un margen de seguridad del 25%. La ecuación 3.7

muestra el cálculo de la corriente de salida del inversor:

Donde:

Isal: Corriente de salida del regulador

PDC: Potencia de cargas alimentadas por corriente directa

PAC: Potencia de cargas alimentadas por corriente alterna

ηreg: Eficiencia del regulador

Vb: Voltaje del banco de baterías

Y por último para determinar la potencia del inversor, se necesita conocer las potencias

de cargas alimentadas por corriente alterna, tomando en cuenta no solo un 20% de

margen de seguridad, sino también el factor de arranque de las cargas, en caso, de que

estas posean. El inversor se calcula de la siguiente manera:

Donde:

Pinv: Potencia del inversor

43

PAC: Potencia de cargas alimentadas por corriente alterna

Farr: Factor de arranque

44

CAPÍTULO 4

CENTRO COMERCIAL MAIQUETÍA

4.1. INTRODUCCIÓN

En el presente capítulo se dará a conocer la ubicación del estacionamiento del Centro

Comercial Maiquetía con su respectivo plano, se describirán las pautas del cliente que

han dado forma y fondo tanto a las propuestas de iluminación como a la propuesta

ecológica de alimentación de las luminarias, se exhibirán los resultados de los cálculos

del diseño del alumbrado exterior y de las instalaciones fotovoltaicas aisladas.

Las diferentes propuestas de iluminación serán analizadas de manera comparativa,

técnica, económica y ambiental.

4.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

En el diseño, planificación y realización del alumbrado exterior del Centro Comercial

Maiquetía, se evaluarán las diferentes alternativas de iluminación. La iluminación

exterior del Centro Comercial Maiquetía no solo se traduce en confort de los usuarios,

sino también en seguridad.

La iluminación es un arte y una ciencia, por lo tanto no puede haber reglas rígidas ni

ligeras que regulen el proceso de diseño [7]. El propósito básico de un buen diseño de

iluminación es crear una instalación de iluminación que proporcione una buena

visibilidad en la tarea y, a la vez, un entorno visual satisfactorio.

Los requisitos visuales del espacio tienen que determinarse en primer lugar, para luego

tomar las decisiones apropiadas para la selección de los sistemas de iluminación, de las

lámparas y de las luminarias.

45

En la Avenida La Armada en Maiquetía, Estado Vargas, se está construyendo el Centro

Comercial Maiquetía. El cual posee 5 niveles, los cuales rondan entre 13.000m2 y

25.000m2, posee 246 locales comerciales, y cada nivel mide 6,40mts de altura, excepto

el nivel 3 que mide 7mts de altura. La demanda estimada del Centro Comercial

Maiquetía es de 5.500 KVA.

El área a iluminar será de 14150 m2, con capacidad para 565 automóviles. El proyecto

se realizará en varias etapas, las cuales abarcan desde la ubicación y recolección de

datos meteorológicos hasta una evaluación de carácter técnico-económica del proyecto.

Figura 4.1: Estacionamiento del Centro Comercial Ma iquetía

4.3. DISEÑO

4.3.1. ALUMBRADO DEL ESTACIONAMIENTO

A través de la ubicación y medición del área de la zona de estudio, el ancho de la vía es

de 16 metros, luego por medio de la Norma de Diseño IIB-10-2007, la cual hace

referencia a los niveles de iluminación para alumbrado público, establece que el

estacionamiento es una vía tipo D de acuerdo a la tabla 2.3.

46

Para el estacionamiento, el cual se contempla como una vía tipo D [21], se eligió una

iluminancia media de 15 luxes, los cuales se sobredimensionaron en un 15% para evitar

la posibilidad de no llegar a los 15 luxes, se diseñó el alumbrado para 17,25 luxes.

Siguiendo las recomendaciones europeas de la tabla 2.4 referente a la altura

recomendable de las luminarias de acuerdo a su emisión de lúmenes [7], para las

lámparas LED que tienen 9600 lúmenes [12] la altura de montaje elegida fueron 7

metros, mientras que para las lámparas de sodio a alta presión, cuyo flujo luminoso es

de 33200 lúmenes [11], se eligieron 9 metros de altura.

Con el ancho de la vía medido y la altura de montaje determinado, las características

del estacionamiento a iluminar se expresan en la tabla 4.1, donde el ancho de la vía es

la suma del ancho de la calzada y el ancho de la acera.

Tabla 4.1: Características del estacionamiento a il uminar

Carga Hposte (m) Hmontaje (m) A (m) Aacera (m) Acalzada (m)

LED 5 7 16 2,5 13,5

Na 7 9 16 2,5 13,5

Donde:

Hposte: Altura del poste en metros.

Hmontaje: Altura de montaje de la luminaria en metros.

A: Ancho de la vía en metros.

Aacera: Ancho del lado de la acera en metros.

Acalzada: Ancho del lado de la calzada en metros.

Con los datos de la tabla 4.2 y la figura 2.7, se determina el factor de utilización de la

acera, de la calzada y el total.

47

Tabla 4.2: Coeficiente de utilización de la acera, la calzada y total

Carga Aacera/Hmontaje Acalzada/Hmontaje Cu1 Cu2 Cu

LED 0,36 1,93 0,1 0,48 0,58

Na 0,28 1,5 0,087 0,436 0,523

Donde:

Cu1: Coeficiente de utilización de la acera

Cu2: Coeficiente de utilización de la calzada

Cu: Coeficiente de utilización

Después de calcular el coeficiente de utilización, se determina el factor de

mantenimiento Fm mediante la ecuación 2.3, el cual toma en cuenta la depreciación del

flujo luminoso y la acumulación de suciedad en la lámpara.

Tabla 4.3: Factor de mantenimiento

Carga Fm F D Flujo FDS

LED 0,696 0,8 0,87

Na 0,64 0,8 0,8

Donde:


FDF: Factor de depreciación de flujo

FDS: Factor de depreciación por suciedad

La disposición del alumbrado exterior se determinó mediante la Norma de Diseño IIB-5-

2007, referente a los criterios para proyectos de instalaciones de alumbrado público, la

cual de acuerdo a la tabla 2.5 relaciona el ancho de la vía con la altura del montaje,

para ambos tipos de luminarias, la disposición es bilateral pareada.

48

La relación entre la distancia interpostal sobre la altura de montaje de la luminaria, es

mostrada en la tabla 2.6. Ante 17,25 luxes se eligió una relación donde la distancia

interpostal es el doble de la altura de montaje, el riesgo de elegir una relación mayor

radica en una menor comodidad visual para los usuarios del estacionamiento.

Tabla 4.4: Distancia interpostal a partir de las Re comendaciones Europeas para la

relación entre la distancia interpostal y la altura de montaje

Carga Iluminación (lx) Hmontaje (m) S/Hmontaje S (m)

LED 17,25 7 2 14

Na 17,25 9 2 18

Por último, la Norma COVENIN 3290-1997, referente al diseño del alumbrado público,

propone el método del flujo luminoso mediante la ecuación 2.1 para la determinación

del mismo, el flujo luminoso resultante debe ser menor al ofrecido por las lámparas.

Tabla 4.5: Flujo luminoso calculado mediante el mét odo del flujo luminoso [23]

Carga Φ (lm) Emed (lux) A (m) S (m) Cu Fm

LED 9571,94 17,25 16 14 0,58 0,696

Na 14842,26 17,25 16 18 0,523 0,64

En ambos casos, el flujo luminoso calculado es menor al flujo luminoso nominal de las

lámparas, las lámparas tipo LED a utilizar ofrecen un flujo luminoso de 9600 lúmenes,

mientras que las lámparas de Sodio a Alta Presión tienen un flujo nominal de 33200

lúmenes.

4.3.2. INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AISLADA

En primer lugar se determinó la irradiación solar del lugar [2], que es un parámetro que

se mide en KW.h/m2, el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía tiene una

irradiación solar de 5,58 KW.h/m2.

49

Para calcular el ángulo de inclinación de los paneles, es necesario saber la latitud del

lugar al cual se le colocarán dichos paneles fotovoltaicos, según Pareja Aparicio (2010),

el ángulo de inclinación para una latitud de 10,5947º es de 15º. Resultado reflejado en

la tabla 3.1 sobre los aspectos de diseño de una instalación fotovoltaica aislada.

Una vez con la irradiación solar y el ángulo de inclinación calculados, se debe

determinar el consumo medio de las cargas tanto para las luminarias tipo LED como

para las luminarias de sodio, pero antes de calcular el consumo medio, se calculará el

consumo medio en corriente alterna.

Tabla 4.6: Tabla de consumo por poste

Carga Unidades Potencia (W) Horas fcn. (h) Energía (W.h) 120%Energía (W.h)

LED 2 157 12 3768 4521,6

Na 2 250 12 6000 7200

Con 12 horas de funcionamiento y un margen de seguridad del 20% para el consumo

medio diario, recomendado por el Manual de Instalaciones Fotovoltaicas Autónomas de

Sunfields Europe. Como ambas cargas funcionan en corriente alterna, el consumo

medio diario en corriente continua es nulo, los resultados de la ecuación 3.2 son los

siguientes:

Tabla 4.7: Consumo medio diario

Carga LmAC (W.h) LmDC (W.h) η-batería η-inversor η-conductor Lmed (W.h)

LED 4521,6 0 0,95 0,9 1 5288,42

Na 7200 0 0,95 0,9 1 8421,05

Con el consumo medio diario calculado, se determinó el número de paneles solares a

utilizar para cada tipo de carga.

50

Tabla 4.8: Número total de paneles

Carga Lmed (W.h) Pot.picopanel (W) HSP PR NT

LED 5288,42 280 5,58 0,9 4

Na 8421,05 280 5,58 0,9 7

Con el número total de paneles por poste, se calculó cuantos debían encontrarse en

serie y cuantos en paralelo.

Tabla 4.9: Disposición de paneles colocados en seri e y en paralelo

Carga Vbatería (V) VpanelMPP (V) NTserie NTparalelo NT

LED 12 35,2 1 4 4

Na 12 35,2 1 7 7

Para potencias menores a 1500 vatios, se recomienda trabajar con 12 Voltios en el

banco de baterías [27].

Con el total y la disposición de los paneles fotovoltaicos, se diseñó el banco de baterías

para cada instalación fotovoltaica aislada, comenzando por la capacidad del banco de

baterías en Amperios- horas.

Tabla 4.10: Capacidad de los bancos de baterías

Carga Lmed (W.h) FPD Días.Sin.Sol FCT Vb (V) CB (A.h)

LED 5288,42 0,8 5 1 12 2754,39

Na 8421,05 0,8 5 1 12 4385,96

Con la capacidad de los bancos de baterías calculados, se determinaron los resultados

de la corriente de descarga del banco de baterías en un lapso de 100 horas.

51

Tabla 4.11: Corriente de descarga en 100 horas

Carga CB (A.h) descarga(h) I@100h (A)

LED 2754,39 100 27,54

Na 4385,96 100 43,86

Las baterías elegidas poseen un tiempo de descarga de 200 A-h en 20 horas y 259 A-h

en 100 horas, por lo tanto, para alimentar las cargas, se necesitan:

Tabla 4.12: Cantidad de baterías necesarias para la alimentación de las cargas

Carga Cnbatería@100h Cap. Bat. (A.h) Baterías totales (12V)

LED 259 2754,39 11

Na 259 4385,96 17

Finalizado el diseño del banco de baterías, se especificaron los reguladores adecuados

para cada tipo de luminaria, y se calcularon las corrientes de entrada (ecuación 3.6) y

salida (ecuación 3.7) para ambos casos.

Tabla 4.13: Corriente de entrada del regulador

Carga 25% de SEG. Icc (A) Ntparalelo Ient (A)

LED 1,25 8,33 4 41,65

Na 1,25 8,33 7 72,89

Tabla 4.14: Corriente de salida del regulador

Carga 25% de SEG. PDC (W) PAC (W) Vb (V) Isal (A) ηreg

LED 1,25 0 314 12 34,43 0,95

Na 1,25 0 500 12 54,82 0,95

Y por último se calculó la potencia del inversor mediante la ecuación 3.8, Para ambos

casos se consideró un factor de arranque para cada carga; para las lámparas LED, el

52

factor de arranque es unitario, debido a que su encendido es instantáneo, caso

contrario ocurre con la lámpara de sodio a alta presión, cuyo arranque se tomó de su

catálogo [11].

Tabla 4.15: Potencia del inversor

Carga 20% de SEG. Pac (W) Farr Pinv (W)

LED 1,2 314 1 376,8

Na 1,2 500 1,2 720

4.4. DISPOSICIÓN DE EQUIPOS

4.4.1. PARA LA TECNOLOGÍA DE ILUMINACIÓN CON SODIO A ALTA PRESIÓN

La figura 4.2 muestra la disposición de los puntos de iluminación para las luminarias de

sodio, mostrando dónde irán los paneles con el banco de baterías, el regulador y el

inversor.

Figura 4.2: Plano de disposición de las luminarias de sodio con sus respectivos

equipos.

La disposición de los componentes para los 34 puntos de iluminación son los

siguientes:

53

Tabla 4.16: Disposición de equipos para las luminar ias de sodio

Componente Por punto Postes de presencia Total de componentes

Lámpara (250W) 2 34 68

Ignitor 2 34 68

Balasto 2 34 68

Condensador 2 34 68

Poste (7mts) 1 34 34

Brazo látigo doble 1 34 34

Panel 7 29 203

Baterías 17 29 493

Regulador (80Amp) 1 29 29

Inversor (800W) 1 29 29

En la tabla 4.16, cabe destacar que aquellos componentes donde se especifica su valor

en metros, vatios o amperios, difieren de los componentes para las luminarias LED,

también se observa que ante 5 puntos de iluminación techados, los componentes

solares no se utilizarán puesto que serán alimentados por la red.

4.4.2. PARA LA TECNOLOGÍA DE ILUMINACIÓN CON LED

La figura 4.3 muestra la disposición de los puntos de iluminación para las luminarias

LED, mostrando dónde irán los paneles con el banco de baterías, el regulador y el

inversor, la diferencia entre la alimentación de las lámparas LED por medio de la red

eléctrica o a través de instalaciones fotovoltaicas aisladas, radica en los equipos

adicionales requeridos al implementar los paneles fotovoltaicos respaldados a través

del banco de baterías.

54

Figura 4.3: Plano de disposición de las luminarias LED con sus respectivos

equipos.

La disposición de los componentes para los 46 puntos de iluminación, se refleja en la

tabla 4.17, la cual muestra la disposición de equipos para la iluminación mediante la

tecnología LED.

Tabla 4.17: Disposición de equipos para las luminar ias LED

Componente Por punto Postes de presencia Total de componentes

Lámpara (157W) 2 46 92

Poste (5mts) 1 46 46

Brazo látigo doble 1 46 46

Panel 4 40 160

Baterías 11 40 440

Regulador (45Amp) 1 40 40

Inversor (600W) 1 40 40

Cabe destacar que en la tabla 4.16 se especifican aquellos componentes en su valor,

bien sean en metros, vatios o amperios, difieren de los componentes para las luminarias

de sodio, también se observa que ante 6 puntos de iluminación techados, los

componentes solares no se utilizarán puesto que serán alimentados por la red.

55

4.5. ANÁLISIS

4.5.1. TÉCNICO

Una de las diferencias entre las luminarias de sodio y las LED, radica en la diferencia

existente en las magnitudes de sus respectivos iluminancias en luxes, las cuales se

apreciaron en la medición de ambos tipos de lámparas; la figura 4.4 muestra una

imagen dónde la iluminancia de la lámpara de sodio a alta presión (derecha) es

notablemente mayor a la iluminancia de la lámpara LED (izquierda).

La sombra reflejada del lado izquierdo muestra cómo la iluminancia del sodio es mayor

a la LED, puesto que en un punto medio entre el poste con luminaria LED y con

luminaria sodio, la sombra tiende claramente hacia la izquierda.

Figura 4.4: Sombra reflejada por la luminaria de so dio sobre la luminaria LED en

la Calle Adrián Rodríguez, Municipio Chacao

Mediante los datos obtenidos de las luminarias por medio de los catálogos y hojas

técnicas, se realizó la siguiente tabla comparativa entra las lámparas de sodio y las

lámparas LED.

56

Se tomaron en cuenta datos como la potencia consumida, el flujo luminoso, la vida útil,

la eficiencia luminosa y la temperatura del color, dichos datos evalúan 4 propuestas de

iluminación para el Centro Comercial Maiquetía, las cuales contemplan a las lámparas

LED y de sodio alimentadas por la red, o independientes del servicio eléctrico mediante

paneles fotovoltaicos respaldados por un banco de baterías, es decir instalaciones

fotovoltaicas aisladas.

Tabla 4.18: Comparación técnica de los escenarios d e iluminación exterior

SODIO

CON LA

RED

SODIO CON

ENERGÍA

SOLAR

LED CON

LA RED

LED CON

ENERGÍA

SOLAR

P consumida (W) 250 0 157 0

Flujo

luminoso(lm) 33200 33200 9600 9600

Vida útil (h) 22250 22250 50000 50000

Eficiencia 133 133 60 60

luminosa (lm/W)

Tº Color (ºK) 2100 2100 6000 6000

La eficiencia luminosa de las lámparas de sodio es mayor a las lámparas LED, ante un

flujo luminoso dado se necesita una menor potencia en comparación a las lámparas

LED; sin embargo, por poste, el ahorro energético de los LEDs es ligeramente mayor, y

sus luminarias son capaces de cumplir los niveles de iluminancia media requeridos (15

luxes como mínimo) para el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía.

La vida útil de los LED superan en prácticamente al doble respecto a las luminarias de

sodio, además cabe destacar que para el funcionamiento de una lámpara de sodio, es

necesario la utilización de equipos adicionales, como el condensador, el balasto y el

ignitor, mientras que la lámpara LED no necesita de equipos adicionales para su

funcionamiento, disminuyendo a priori, el costo por mantenimiento y reposición de

equipos.

57

La temperatura del color refleja la calidez o frialdad de la luz emitida por las lámparas,

de acuerdo a la figura 2.1, la lámpara de sodio es una lámpara cálida porque su

temperatura del color se encuentra por debajo de 3300K, mientras que las lámparas

LED, se consideran frías debido a que su temperatura del color excede los 5300K. La

temperatura del color de la luz solar pura es de 5770K, y de la lámpara LED utilizada es

de 6000K, permitiendo una percepción de colores similar a la apreciada mediante la luz

solar, en un estacionamiento, la temperatura de color adquiere importancia ya que

permite al usuario distinguir los diferentes colores de los vehículos a la hora de buscar

el suyo propio. La percepción de los colores en la lámpara de sodio alta presión se

distorsiona por su color amarillento, sin embargo es muy utilizada en vías públicas

debido a que ofrece una buena distinción de las formas, la discriminación de los colores

no es prioritaria.

Cada punto de iluminación (compuesto por dos luminarias), es alimentado mediante

paneles fotovoltaicos y respaldados a través de su respectivo banco de baterías. El

diseño del alumbrado exterior en conjunto con el diseño de sistemas fotovoltaicos

aislados para las luminarias LED representa una mayor cantidad de puntos de

iluminación en comparación a las lámparas de sodio.

La ventaja de utilizar instalaciones fotovoltaicas aisladas para la alimentación de postes,

se basa en no depender del suministro eléctrico de la red para ser alimentados, sin

embargo reduce la simpleza de la estructura al añadir los materiales necesarios para la

implementación de dicha instalación fotovoltaica.

4.5.2. ECONÓMICO

Las propuestas más económicas para la iluminación del proyecto son aquellas que no

tienen instalaciones fotovoltaicas aisladas en los postes, el costo adicional de las

instalaciones fotovoltaicas aisladas radica en la utilización de materiales necesarios

para su funcionamiento.

58

4.5.2.1. ILUMINACIÓN DE SODIO ALTA PRESIÓN

Los materiales necesarios para el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía para

la utilización de lámparas de sodio se reflejan en la tabla 4.19, tomando en cuenta los

componentes necesarios para la implementación de instalaciones fotovoltaicas aisladas

en cada poste.

Tabla 4.19: Costos de los componentes para las lámp aras de sodio alimentado

mediante energía solar

Componente

Número de

componentes

Costos por unidad

(BsF)

Costos totales

(BsF)

Lámpara (250W) 68 1024,41 69659,88

Ignitor 68 55,64 3783,63

Balasto 68 219,34 14915,1744

Condensador 68 29,84 2028,9024

Poste (7mts) 34 1537,23 52265,94

Brazo látigo doble 34 471,52 16031,68

Panel 203 2823,94 573259,82

Baterías 493 3982,72 1963480,96

Regulador (80Amp) 29 10188 295452

Inversor (800W) 29 14713,50 426691,5

El total del costo de los componentes, es decir, la inversión inicial, es de 3.417.569,49

Bolívares Fuertes, excluyendo los componentes solares (paneles, baterías, reguladores

e inversores), la inversión inicial es de 158.685,21 Bolívares Fuertes.

De acuerdo a la Gaceta Oficial 323.126, del miércoles 3 de abril de 2002, el Centro

Comercial Maiquetía corresponde a la Tarifa 08: Servicio General 5, aplicable a

“cualquier uso permanente del servicio de energía eléctrica con Demanda Asignada

Contratada mayor de 1000kVA y menor de 10000kVA” [35], la demanda estimada del

Centro Comercial Maiquetía es de 5500kVA. La tarifa mensual es reflejada en la tabla

4.20.

59

Tabla 4.20: Tarifa mensual [35]

Tarifa Unidad Detalles de aplicación

4582,65 Bs/kVA Cargo por Demanda

35,15 Bs/kWh Cargo por Energía

Para las luminarias de sodio se estima un consumo de 250W por 68 luminarias durante

12 horas, la energía consumida es de 204kWh/día. Un año tiene 365 días, y la energía

anual consumida es la siguiente:

El costo por energía es el producto de la energía anual consumida por el cargo por

energía reflejado en la tabla 4.20.

Para un factor de potencia de 0,85, la demanda reflejada en un día es de 20kVA,

(17kW/0,85), por lo tanto, la tarifa anual es la siguiente:

Y la tarifa anual es la suma del cargo por energía y el cargo por demanda en un año:

La duración de los equipos está determinada por su vida útil, dato dado por el fabricante

que determina por cuánto tiempo el equipo puede dar lo mejor de sí, la vida útil puede

estar referida en años, ciclos u horas; las horas de funcionamiento de los equipos se

toman en el intervalo de tiempo en el cual los aparatos serán utilizados, en este caso de

12 horas.

60

En el caso particular del ignitor, la vida útil está contemplada para una cantidad mayor o

igual a 50000 disparos y en un ciclo ocurren entre 1 u 2 disparos, se asume un tiempo

de encendido entre 0,5 y 1 segundo. Suponiendo el peor caso para el ignitor, se toma

su vida útil de 50000 disparos y 2 disparos por ciclo, con un tiempo de encendido de 1

segundo. Se sabe que 60 Herz son 60 ciclos realizados en un segundo y si en 1

segundo se realizan dos disparos, quiere decir que en 60 ciclos, el ignitor para arrancar

necesita 120 disparos en un segundo, cada noche al arrancar la lámpara. Dividiendo los

50000 disparos de vida útil entre los 120 disparos por arranque al día se tiene:

Conociendo la vida útil del ignitor en años, se muestra la tabla 4.21 que hace referencia

a la vida útil de los equipos.

Tabla 4.21: Vida útil de los equipos

Componente Duración Duración en años

Lámpara (250W) 22250 horas 5,08

Ignitor 50000 ciclos 1,14

Balasto - 2

Condensador 30000 horas 6,85

Panel - 25

Baterías - 1

Regulador (80Amp) - 5

Inversor (800W) - 2

En un período de 25 años, se consideran los gastos por concepto de reposición de

materiales para la iluminación con lámparas de sodio a alta presión. Las tablas 4.22,

4.23, y 4.24 reflejan los gastos a realizar por la disposición de materiales y el ahorro en

61

la tarifa energética al utilizar energías renovables. Los costos por reposición se basan

en la vida útil de los equipos mostrados en la tabla 4.21.

Tabla 4.22: Costos de reposición para la iluminació n de sodio alimentada

mediante paneles fotovoltaicos en los primeros 10 a ños

Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)

0 3417569,49 -

1 1967264,59 3717,11

2 2408871,26 3717,11

3 1967264,59 3717,11

4 2408871,26 3717,11

5 2332376,47 3717,11

6 2410900,17 3717,11

7 1967264,59 3717,11

8 2405087,63 3717,11

9 1967264,59 3717,11

10 2773983,14 3717,11

62


mediante paneles fotovoltaicos en los siguientes 10 años


11 1967264,59 3717,11

12 2408871,26 3717,11

13 1969293,49 3717,11

14 2408871,26 3717,11

15 2332376,47 3717,11

16 2405087,63 3717,11

17 1967264,59 3717,11

18 2408871,26 3717,11

19 1967264,59 3717,11

20 2776012,05 3717,11


mediante paneles fotovoltaicos en los últimos 5 año s


21 1967264,59 3717,11

22 2408871,26 3717,11

23 1967264,59 3717,11

24 2408871,26 3717,11

25 2901852,66 3717,11

TOTAL 60292019,34 92927,75

En 25 años, la inversión total a realizar por concepto de reposición de materiales es de

60.292.019,34 BsF, y de utilizar instalaciones fotovoltaicas aisladas en los postes, se

dejaría de consumir un monto de 92. 927,75 BsF. Los costos de reposición de equipos

para la iluminación de sodio alimentada a través del servicio eléctrico, se observan en

las tablas 4.25, 4.26 y 4.27.

63

Tabla 4.25: Costos de reposición para la iluminació n de sodio alimentados

mediante la red en los primeros 10 años


0 158685,21 3717,11

1 3783,63 3717,11

2 18698,80 3717,11

3 3783,63 3717,11

4 18698,80 3717,11

5 73443,51 3717,11

6 20727,71 3717,11

7 3783,63 3717,11

8 14915,17 3717,11

9 3783,63 3717,11

10 18698,80 3717,11


mediante la red en los siguientes 10 años


11 3783,63 3717,11

12 18698,80 3717,11

13 5812,53 3717,11

14 18698,80 3717,11

15 73443,51 3717,11

16 14915,17 3717,11

17 3783,63 3717,11

18 18698,80 3717,11

19 3783,63 3717,11

20 90387,59 3717,11

64


mediante la red en los últimos 5 años


21 3783,63 3717,11

22 18698,80 3717,11

23 3783,63 3717,11

24 18698,80 3717,11

25 69659,88 3717,11

TOTAL 705633,36 96644,86


705.633,36 BsF, se pagaría un servicio eléctrico de 96.644,86 BsF. La no utilización de

componentes solares, provoca un gasto total de 802.278,22 BsF aproximadamente 75

veces menor a la implementación de instalaciones fotovoltaicas en los postes. El

Centro Comercial Maiquetía tendrá un consumo aproximado de 5500KVA, de los cuales

20KVA corresponden a la iluminación del estacionamiento, un 0,364% del consumo

total, en las tablas comprendidas desde la 4.22 a la 4.27, se demostró que para reducir

el consumo eléctrico, y por lo tanto ahorrar dinero por concepto de energía, no es

recomendado la implementación de energías alternativas en el estacionamiento.

4.5.2.2. ILUMINACIÓN LED

Al igual como ocurre con las luminarias de sodio, al aplicar la iluminación LED, las

propuestas más económicas son aquellas que no tienen instalaciones fotovoltaicas

aisladas en los postes, el costo adicional de las instalaciones fotovoltaicas aisladas

radica en la utilización de materiales necesarios para su funcionamiento.

Para la utilización de iluminación LED para el estacionamiento del Centro Comercial

Maiquetía, se consideran los componentes necesarios para la implementación de

instalaciones fotovoltaicas aisladas en cada poste.

65

Tabla 4.28: Costos de los componentes para las lámp aras LED alimentado mediante energía solar

Componente

Total de

componentes

Costos por unidad

(BsF)

Costos totales

(BsF)

Lámpara (157W) 92 9016 829472

Poste (5mts) 46 1342,35 61748,27

Brazo látigo doble 46 471,52 21689,92

Panel 160 2823,94 451830,4

Baterías 440 3982,72 1752396,8

Regulador (45Amp) 40 2841,15 113646

Inversor (600W) 40 5186,61 207464,4

El total del costo de los componentes, es decir, la inversión inicial, es de 3.438.247,79

Bolívares Fuertes, excluyendo los componentes solares (paneles, baterías, reguladores

e inversores), la inversión inicial es de 912.910,19 Bolívares Fuertes, en ambos casos,

ambas inversiones iniciales más elevadas que con la implementación de las luminarias

de sodio.

Para las luminarias LED, se estima un consumo de 157 Vatios por 92 luminarias

durante 12 horas, la energía consumida es de 173,328 kWh/día. Un año tiene 365 días,

y la energía anual consumida es la siguiente:

El costo por energía es el producto de la energía anual consumida por el cargo por

energía reflejado en la tabla 4.20.

Para un factor de potencia unitario, la demanda reflejada en un día es de 14,444kVA,

por lo tanto, la tarifa anual es la siguiente:

66

Y la tarifa anual es la suma del cargo por energía y el cargo por demanda en un año:

La vida útil de los equipos, se muestra en la tabla 4.29.

Tabla 4.29: Vida útil de los equipos

Componente Duración Duración en años

Lámpara (157W) 50000 horas 11,42

Panel - 25

Baterías - 1

Regulador (45Amp) - 5

Inversor (600W) - 2

En un período de 25 años, se consideran los gastos por concepto de reposición de

materiales para la iluminación con lámparas LED. Las tablas 4.30, 4.31, y 4.32 reflejan

los gastos a realizar por la disposición de materiales y el ahorro en la tarifa energética al

utilizar energías renovables. Los costos por reposición se basan en la vida útil de los

equipos mostrados en la tabla 4.29.

67

Tabla 4.30: Costos de reposición para la iluminació n LED alimentada mediante

paneles fotovoltaicos en los primeros 10 años


0 3438247,79 -

1 1752396,80 3018,05

2 1959861,20 3018,05

3 1752396,80 3018,05

4 1959861,20 3018,05

5 1866042,80 3018,05

6 1959861,20 3018,05

7 1752396,80 3018,05

8 1959861,20 3018,05

9 1752396,80 3018,05

10 2073507,20 3018,05


paneles fotovoltaicos en los siguientes 10 años


11 2581868,80 3018,05

12 1959861,20 3018,05

13 1752396,80 3018,05

14 1959861,20 3018,05

15 1866042,80 3018,05

16 1959861,20 3018,05

17 1752396,80 3018,05

18 1959861,20 3018,05

19 1752396,80 3018,05

20 2073507,20 3018,05

68


paneles fotovoltaicos en los últimos 5 años


21 1752396,80 3018,05

22 2789333,20 3018,05

23 1752396,80 3018,05

24 1959861,20 3018,05

25 2317873,2 3018,05

TOTAL 52416744,99 75451,25


52.416.744,99 BsF, y de utilizar instalaciones fotovoltaicas aisladas en los postes, se

dejaría de consumir un monto de 75.451,25 BsF. Los costos de reposición de equipos

para la iluminación LED alimentada a través del servicio eléctrico, se observan en las

tablas 4.33, 4.34 y 4.35.

Tabla 4.33: Costos de reposición para la iluminació n LED alimentada mediante la

red en los primeros 10 años


0 912910,19 3018,05

1 0,00 3018,05

2 0,00 3018,05

3 0,00 3018,05

4 0,00 3018,05

5 0,00 3018,05

6 0,00 3018,05

7 0,00 3018,05

8 0,00 3018,05

9 0,00 3018,05

10 0,00 3018,05

69


red en los siguientes 10 años


11 829472,00 3018,05

12 0,00 3018,05

13 0,00 3018,05

14 0,00 3018,05

15 0,00 3018,05

16 0,00 3018,05

17 0,00 3018,05

18 0,00 3018,05

19 0,00 3018,05

20 0,00 3018,05


red en los últimos 5 años

Año Costo de Reposi ción de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)

21 0,00 3018,05

22 829472,00 3018,05

23 0,00 3018,05

24 0,00 3018,05

25 0,00 3018,05

TOTAL 2571854,19 78469,3


2.571.854,19 BsF, se pagaría un servicio eléctrico de 78.469,30 BsF. La no utilización

de componentes solares, provoca un gasto total de 2.650.323,49 BsF frente a

52.416.744,99 BsF producto de la implementación de instalaciones fotovoltaicas en los

postes. Al igual que en el caso de las luminarias de sodio, no es conveniente la

implementación de paneles fotovoltaicos respaldados mediante un banco de baterías

70

como tecnología alternativa, debido a que las tarifas energéticas son bajas y por lo

tanto no permiten que las instalaciones fotovoltaicas aisladas recuperen su inversión.

La opción más viable para la iluminación exterior del estacionamiento son aquellas

cuyos postes son alimentados por la red eléctrica, destacando la implementación de las

lámparas LED frente a las de sodio, iluminar el estacionamiento con sodio alta presión

cuesta 802.278,22 BsF, mientras que con LED cuesta 2.650.323,49 BsF, instalar Sodio

en el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía permite ahorrar en un periodo de

25 años 1.848.045,26 BsF. Los costos totales para las propuestas de iluminación son

los siguientes:

Tabla 4.36: Costos Totales para las propuestas de i luminación del

estacionamiento en Bolívares Fuertes

Sodio con la

red

Sodio con energía

solar

LED con la

red

LED con energía

solar

Costo de

materiales (BsF) 705633,36 60292019,34 2571854,19 52416744,99

Tarifa eléctrica

(BsF) 96644,86 92927,75 78469,6 75451,25

Total (BsF) 802278,22 60292019,34 2650323,79 52416744,99

Tomando los costos totales para la propuesta de Sodio alimentada mediante el servicio

eléctrico como referencia, es decir 1PU=802.278,22BsF, se presentan los costos por

unidad para las 4 propuestas, permitiendo observar en cuanto una propuesta excede a

otra.

71

Tabla 4.37: Costos Totales para las propuestas de i luminación del

estacionamiento en por unidad

Sodio con la

red

Sodio con energía

solar

LED con la

red

LED con energía

solar

Costo de

materiales (PU) 0,879536977 75,151011 3,205688657 65,33487222

Tarifa eléctrica

(PU) 0,120463023 0,11582983 0,097808464 0,09404624

Total (PU) 1 75,151011 3,303497121 65,33487222

4.5.2.3. AHORRO EN BARRILES DE PETRÓLEO

Un barril de petróleo contiene aproximadamente 159 litros de crudo [36], que equivale

aproximadamente a 1700KWh, y que desprenden 841,5 Kg CO2, al ser utilizado en

energía eléctrica, de acuerdo a la tabla 3.20 suministrada por la empresa Energy

Projects (2006).

Tabla 4.38: Conversión de consumos energéticos a em isiones de CO2

equivalentes [37]

KWh Días Conversión (kg CO2/kWh) Emisiones (kg CO2)

Barril petróleo 1700 1 0,495 841,50

Lmed -LED 173,33 1 0,495 85,64

Lmed-Na 204 1 0,495 100,98

Lmed-LED-anual 173,33 365 0,495 31316,4

Lmed-Na-anual 204 365 0,495 36857,7

En la tabla 4.36, se muestra el consumo energético en términos de emisiones de kilos

de dióxido de carbono para las luminarias LED y sodio, se muestra el consumo diario y

anual para ambos tipos de luminarias, la conversión de energía (KWh) a emisiones (kg

CO2), es un dato proporcionado por la empresa Energy Projects. Con la implementación

72

de paneles solares para la alimentación de ambos tipos de luminarias, las emisiones

serían nulas debido a que no se consume energía de la red.

De los resultados de la tabla 4.36, se puede relacionar el consumo medio anual

energético de cada tipo de luminaria, con la energía equivalente a un barril de crudo

mediante la ecuación 4.1.

La implementación de paneles fotovoltaicos a las cargas promueve el ahorro de 18,42

barriles de petróleo anuales para las luminarias LED y 21,68 barriles de petróleo

anuales para las luminarias de sodio.

De acuerdo al Ministerio del Poder Popular para de Petróleo y Minería, el precio del

crudo venezolano del mes de marzo de 2012, llegó a 116,29 dólares. Al multiplicar el

precio por la cantidad de barriles ahorrados para cada carga se muestra el ahorro en

dólares por parte del Estado.

Tabla 4.39: Barriles ahorrados, precio del petróleo y ahorro

Carga Barriles ahorrados Precio del petróleo ($) Ahorro ($)

LED 18,42 116,29 2142,06

Na 21,68 116,29 2521,28

73

Figura 4.5: Evolución de los precios del petróleo [ 5]

La tecnología LED para el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía, no será

alimentada mediante instalaciones fotovoltaicas aisladas por razones de costos, por lo

tanto, la tabla 4.37 referente al posible ahorro energético en términos de barriles de

petróleo, se traduce como el consumo energético de las luminarias en barriles de

petróleo, si las tarifas energéticas siguieran los cánones de los precios del crudo.

4.5.3. AMBIENTALES

La iluminación con sodio o LED alimentada mediante paneles fotovoltaicos no solo

representa un inconveniente en el aspecto económico, también en el ambiental, no solo

porque la disposición de los desechos sólidos de los equipos es mayor, también porque

entre los aparatos adicionales se encuentras las baterías de plomo-ácido, si no son

recicladas correctamente, las baterías de plomo-ácido plantean un riesgo al medio

ambiente y a la salud humana, ya que la fundición de plomo en el reciclaje de baterías

presenta una amenaza a la salud de las personas. Los efectos en la salud son:

impactos negativos en el funcionamiento neurológico, deterioro cognitivo irreversible,

74

daño renal, anemia y otras enfermedades. Por lo tanto su reciclaje debe ser

fundamental.

A diferencia de las luminarias LED, las luminarias de sodio a alta presión contienen

23,5 mg de mercurio, un metal altamente contaminante, que puede llegar a contaminar

ríos, lagos y mares si no se desecha apropiadamente.

75

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se utilizarán para el estacionamiento del Centro Comercial Maiquetía, las luminarias de

Sodio alimentadas mediante la red eléctrica, porque su costo total en un periodo de 25

años es aproximadamente 3 veces menor al costo total para las luminarias LED, a

pesar de que en un período de 11 años las luminarias LED no requieren de

mantenimiento de ningún tipo, salvo su sustitución por concepto de vida útil.

El nivel de iluminancia de las lámparas de sodio cumple con los mínimos requeridos

de acuerdo a la Norma de Diseño IIB-10-2007, la cual hace referencia a los niveles de

iluminación para alumbrado público.

Sin embargo, la apreciación y distinción de los colores en las lámparas LED permiten

distinguir los colores de los automóviles y la vía debido a que su temperatura del color

(6000K) se asemeja a la temperatura del color de la luz solar (5770K), permitiendo una

percepción de colores similar a la apreciada mediante la luz solar, las lámparas de

sodio alta presión tienen una temperatura del color de 2100K, la percepción de colores

de las lámparas de sodio no es la mejor debido a que los colores se aprecian de

manera distorsionada, a pesar de esto, las lámparas de sodio son las más utilizadas

para la iluminación de vías debido a que facilita la distinción de formas y figuras

ayudando a prevenir accidentes automovilísticos.

Las lámparas de sodio alta presión poseen la mejor eficiencia luminosa de las lámparas

de alumbrado exterior, la relación lúmenes/vatios es superior a las lámparas LED. El

flujo luminoso ayuda a cumplir con las especificaciones requeridas de la Norma de

Diseño IIB-10-2007 de Corpoelec.

Para que las instalaciones fotovoltaicas aisladas sean rentables en el tiempo tanto para

la tecnología convencional más eficiente (Sodio Alta Presión) y LED, las tarifas

energéticas deben ajustarse a los precios del petróleo y no ser subsidiadas, porque se

desmotiva el ahorro energético, las propuestas de energía renovables se hacen

inviables y la iluminación autónoma de la red eléctrica no es posible.

76

Al ser inviable la utilización de las instalaciones fotovoltaicas aisladas, las lámparas

deben alimentarse mediante la red eléctrica, y al ser las tarifas eléctricas muy bajas,

también se desmotiva la implementación de nuevas tecnologías de iluminación como la

LED por su elevado costo de implementación.

Otro aspecto que provoca la inviabilidad económica de las instalaciones fotovoltaicas

aisladas tanto para las lámparas LED como las de sodio, son los datos meteorológicos

del estacionamiento, a pesar de poseer una irradiación solar suficientemente buena

para el proyecto, el sitio presenta un número alto de días equivalentes sin radiación

solar (días sin sol) que trae como consecuencia el dimensionamiento de un gran

número de baterías para ambas tecnologías de iluminación.

La iluminación del estacionamiento se diseñó para un funcionamiento de 12 horas

diarias, lo que trae como consecuencia un dimensionamiento mayor de paneles

fotovoltaicos, a mayores horas de funcionamiento de la carga, mas páneles se

necesitarán para suplir su demanda energética.

A pesar de que los sistemas fotovoltaicos no puedan competir con sistemas de energía

convencional, vale la pena seguir desarrollando esta área de energía ya que puede

representarse como una solución al problema de electrificación en zonas de difícil

acceso existente y además es un buen ejemplo de aprovechamiento de un recurso

natural sin dañar al ambiente.

La iluminación LED para las vías públicas no se recomienda para largo plazo, por ser

bastante costosa y requerir un mayor número de postes y brazos, a pesar que su cuota

de mantenimiento es bastante menor a la iluminación de sodio, la iluminación de sodio

es la que ofrece una mayor viabilidad económica en el tiempo

El consumo del Centro Comercial Maiquetía es de 5500KVA, para reducir el consumo

eléctrico se recomienda implementar la tecnología LED dentro del centro comercial, ya

que para recintos internos, la eficiencia luminosa de los LEDs es más eficiente que para

recintos externos.

77

Se recomienda a fin de corroborar con los cálculos, una simulación con algún software

de iluminación, así como una simulación con programas y softwares de energía

renovable.

78

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