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
Tabla 4.23: Costos de reposición para la iluminación de sodio alimentada mediante
paneles fotovoltaicos en los siguientes 10 años ............................................................ 62
Tabla 4.24: Costos de reposición para la iluminación de sodio alimentada mediante
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
Tabla 4.26: Costos de reposición para la iluminación de sodio alimentada mediante la
red en los siguientes 10 años ........................................................................................ 63
xiv
Tabla 4.27: Costos de reposición para la iluminación de sodio alimentada mediante la
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
Tabla 4.31: Costos de reposición para la iluminación LED alimentada mediante paneles
fotovoltaicos en los siguientes 10 años ......................................................................... 67
Tabla 4.32: Costos de reposición para la iluminación LED alimentada mediante paneles
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
Tabla 4.34: Costos de reposición para la iluminación LED alimentada mediante la red
en los siguientes 10 años .............................................................................................. 69
Tabla 4.35: Costos de reposición para la iluminación LED alimentada mediante la red
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.
Fm: Factor de mantenimiento
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
30 a 35º latitud +10º latitud -10º
35 a 40º latitud +15º latitud -15º
>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
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:
Fm: Factor de mantenimiento
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
Tabla 4.23: Costos de reposición para la iluminació n de sodio alimentada
mediante paneles fotovoltaicos en los siguientes 10 años
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Tabla 4.24: Costos de reposición para la iluminació n de sodio alimentada
mediante paneles fotovoltaicos en los últimos 5 año s
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Tabla 4.26: Costos de reposición para la iluminació n de sodio alimentados
mediante la red en los siguientes 10 años
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Tabla 4.27: Costos de reposición para la iluminació n de sodio alimentados
mediante la red en los últimos 5 años
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
En 25 años, la inversión total a realizar por concepto de reposición de materiales es de
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
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Tabla 4.31: Costos de reposición para la iluminació n LED alimentada mediante
paneles fotovoltaicos en los siguientes 10 años
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Tabla 4.32: Costos de reposición para la iluminació n LED alimentada mediante
paneles fotovoltaicos en los últimos 5 años
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
En 25 años, la inversión total a realizar por concepto de reposición de materiales es de
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
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Tabla 4.34: Costos de reposición para la iluminació n LED alimentada mediante la
red en los siguientes 10 años
Año Costo de Reposición de materiales (BsF) Consumo eléctrico (BsF)
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
Tabla 4.35: Costos de reposición para la iluminació n LED alimentada mediante la
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
En 25 años, la inversión total a realizar por concepto de reposición de materiales es de
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
RREFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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