Diseño de alumbrado público: diseño y cálculos

Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

El diseño del alumbrado público es el diseño del alumbrado público de tal manera que las personas puedan continuar sus viajes de manera segura en la carretera. Los esquemas de alumbrado público nunca brindan la misma apariencia que la luz del día, pero brindan suficiente luz para que las personas vean los objetos importantes necesarios para atravesar la carretera. El alumbrado público juega un papel importante en:

• Reducir el riesgo de accidentes nocturnos
• Ayudar en la protección de edificios / propiedad (desalentar el vandalismo)
• Desalentar el crimen
• Crear un entorno seguro para la habitación.

Características básicas de las luminarias de alumbrado público

Las características básicas de las luminarias de alumbrado público son:

• Las luminarias para carreteras se montan horizontalmente y, por lo tanto, tienen una orientación vertical fija.
• Las luminarias de iluminación vial tienen distribuciones de intensidad particulares que se desean para iluminar franjas horizontales largas y estrechas en un lado de la luminaria, mientras se minimizan las intensidades en el otro lado de la luminaria.
• Las distribuciones de intensidad hacia arriba y hacia abajo de la franja estrecha son generalmente las mismas.
• Cualquier luminaria de orientación fija que no tenga este tipo de distribución de intensidad se denomina luminaria de superficie.

Objetivos principales del esquema de diseño de alumbrado público

Los principales objetivos del esquema de diseño de alumbrado público se dan a continuación:

1. Perfecta sensación visual para la seguridad.
2. Entorno iluminado para un movimiento rápido de los vehículos.
3. Visión clara de los objetos para un movimiento cómodo de los usuarios de la vía.

¿Qué lámparas se utilizan en el alumbrado público?

En las luminarias de alumbrado público se utilizan varios tipos de lámparas. Son

1. Lámpara de sodio de alta presión
2. Lámparas de halogenuros metálicos
3. Lámparas de sodio de baja presión
4. Lámpara incandescente (no recomendada)
5. DIRIGIÓ
6. CFL (utilizado en carriles o calles, pero no ampliamente)

Factores principales en el esquema de diseño de alumbrado público

1. El nivel de luminancia debe ser adecuado La
   luminancia siempre influye en la sensibilidad al contraste de las obstrucciones con respecto al fondo. Si la calle es más brillante, los alrededores más oscuros hacen que el conductor del automóvil se adapte, a menos que el conductor no pueda percibir los objetos en los alrededores. Según CIE, a 5 m de la carretera en ambos lados se iluminará un nivel de iluminancia de al menos el 50% de la de la carretera.
2. Se debe lograr la uniformidad de la luminancia
   Para proporcionar comodidad visual a los ojos del espectador, se necesita suficiente uniformidad luminosa. Uniformidad luminosa significa la relación entre el nivel de luminancia mínimo y el nivel de luminancia medio, es decir
   
   , se denomina relación de uniformidad longitudinal ya que se mide a lo largo de la línea que pasa por la posición de los espectadores en el medio del tráfico frente al flujo de tráfico.
3. El grado de limitación del deslumbramiento siempre se tiene en cuenta en el esquema de diseño.
   Deslumbramiento significa incomodidad visual debido a la alta luminancia. Hay dos tipos de deslumbramiento creado por las luminarias de alumbrado público, el primer tipo es el deslumbramiento por discapacidad y el segundo tipo es el deslumbramiento por molestias. El deslumbramiento por discapacidad no es un factor importante, más bien el deslumbramiento por incomodidad es un factor común debido a un esquema de alumbrado público no planificado.
4. Los espectros de la lámpara para la nitidez visual dependen de las luminarias adecuadas.
   Es muy esencial hacer un objeto según su tamaño y dimensión.
5. La eficacia de la guía visual también es un factor importante.
   Ayuda al espectador a adivinar qué tan lejos está otro objeto de su posición.

Tipos de carreteras para implementar varios esquemas de diseño de alumbrado público

Según CIE 12, las carreteras se clasifican en cinco tipos.
Tipo A de diseño de alumbrado público

• Tráfico pesado y de alta velocidad.
• Los caminos están separados por los separadores.
• No se permite cruzar.
• Acceso controlado
• Como ejemplo: formas expresas.

Tipo B de diseño de alumbrado público

• Tráfico pesado y de alta velocidad.
• Carretera separada para tránsito lento o peatones.
• Como ejemplo: Carretera troncal.

Tipo C de diseño de alumbrado público

• Tráfico mixto pesado con velocidad moderada.
• Vías rurales y urbanas.
• Como los ejemplos: Ring Road o Radial Road.

Tipo D de diseño de alumbrado público

• Ralentizar el tráfico y el propósito de los peatones.
• Carretera en la ciudad o centro comercial.
• Como ejemplo: calles comerciales.

Tipo E de diseño de alumbrado público

• Tráfico mixto con velocidad limitada.
• Carretera de conexión entre zonas residenciales.
• Como ejemplo: Calle local.

Luminaria de luz de calle

La distribución de la intensidad de la luminaria de alumbrado público se mide con un goniofotómetro de espejo. Y está representado gráficamente por un diagrama de intensidad polar.

Pero la distribución de intensidad de la luz de la carretera se mide siguiendo la convención fotométrica C-ɣ. En fotometría C-ɣ, C es el ángulo en el plano de la superficie de la carretera y ɣ es el ángulo creado entre el eje vertical de la luminaria y la dirección de proyección del lumen, o en otras palabras, ɣ es el ángulo de incidencia.

Inicialmente, en la superficie de la carretera, se recopilan valores de iluminancia específicos de un punto.
Entonces la intensidad I se calcula a partir de la ecuación de la iluminancia,

donde, E _P es la iluminancia en el punto P en la carretera y h es la altura vertical desde el punto P a la luminaria. Después del cálculo de la intensidad, colocamos todos los valores de intensidad haciendo una tabla C-ɣ según su posición angular.

El formato de la tabla C-ɣ se muestra arriba. En este gráfico anterior C ‘es la posición de máxima intensidad en la mesa.

Se consideran tres planos básicos de intensidad en la superficie de la carretera con respecto a una luminaria:

1. Plano 1: C-0 ^o hasta C-180 ^o por carretera.
2. Plano 2: C-90 ^o a C-270 ^{o al} otro lado de la carretera.
3. Plano 3: Plano principal, a través del punto de máxima intensidad de la luz, es decir, C ‘a C’ + 180 ^o

Para obtener C ‘tenemos que preparar el diagrama de distribución de intensidad de la luminaria de alumbrado público en la calzada. Donde la intensidad se encontrará en el valor máximo, este es el valor en grados de C ‘. Para dibujar el eje del plano principal tenemos que sumar 180 ^o con C ‘.

Ángulo de extensión y proyección de la luminaria de alumbrado público

Los dos términos principales relacionados con la luminaria de alumbrado público son:

1. Ángulo de propagación: es el ángulo de la luminaria para dirigir el flujo luminoso a través de la calzada.
2. Ángulo de proyección: es el ángulo de la luminaria para dirigir el flujo luminoso a lo largo de la calzada.

Se denota por:

Esquemas de disposición de postes en el diseño de alumbrado público

Unilateral

Cuando el ancho (W) de la carretera es casi igual a la altura del poste (H), es decir, W = H, los postes se colocan en un solo lado. Generalmente la altura del poste está disponible de 10 metros.
El espacio entre dos postes es igual al ancho de la carretera.

Doble cara

Cuando el ancho (W) de la carretera es casi el doble de la altura del poste (H), es decir, W = 2H, los postes se colocan a lo largo de ambos lados de manera opuesta entre sí.
El espacio entre dos postes puede no ser igual al ancho de la carretera.

Patrón de lados escalonados o en zigzag

Cuando el ancho (W) de la carretera es casi 1,5 veces la altura del poste (H), es decir, W = 1,5 H, los postes se disponen en ambos lados en forma de zigzag.
El espacio entre dos postes puede no ser igual al ancho de la carretera.

Posición del borde central

Cuando el ancho (W) de la carretera es mucho mayor que la altura del poste (H), es decir, W >> H, los postes se colocan en el borde central de la carretera. Las luminarias están orientadas hacia ambas superficies de la calzada desde el borde central.
El espacio entre dos postes puede no ser igual al ancho de la carretera.

¿Cuáles son los parámetros de diseño de alumbrado público?

El parámetro de diseño de alumbrado público se mide, evalúa o simula en el tramo de la carretera.

1. Nivel de luminancia promedio mantenido en Lux
2. Sobre toda la uniformidad (U ₀ ) de la iluminación para toda el área (tramo × ancho) de la carretera
3. La uniformidad longitudinal se mide a lo largo de la carretera (longitud central por defecto)
4. La uniformidad transversal se mide a lo largo de la carretera a lo largo de una línea que pasa por el punto nadir.
5. El deslumbramiento por discapacidad se expresa en incrementos de umbral.
6. El deslumbramiento incómodo se expresa en una marca de control del deslumbramiento.
7. La densidad de potencia de la unidad se mide por la longitud de la unidad.
   Donde,
   donde no. de la luminaria (n) = 1 para disposición de postes de un solo lado
   = 2 para disposición de postes de dos lados
   = 2 para disposición de postes de lados escalonados.

Un controlador de alumbrado público básico no es difícil de construir. Los mejores kits de inicio de Arduino ya vendrán con el Arduino y la fotorresistencia necesarios para este propósito.

¿Cómo calcular la iluminancia promedio en la superficie de la carretera?

La iluminancia media se calcula mediante el método Lumen, donde se tienen en cuenta el factor de mantenimiento (MF) y el coeficiente de utilización (COU).

Donde,
Φ _L = Lumen de la luminaria,
A _eff = área efectiva de la superficie de la carretera bajo Iluminación = Span × Ancho = S × W

N = Número de luminarias
Nuevamente,
N = 1 para el diseño de alumbrado público de un solo lado y
N = 2 para el doble y Diseño de alumbrado público escalonado,
n = número de lámparas utilizadas en una luminaria = 1 para alumbrado público.
El coeficiente de utilización (COU) es la relación entre el lumen utilizado y el lumen instalado. Y se obtiene del gráfico COU recomendado por CIE.

Luminancia específica de punto (L) en la superficie de la carretera

Está relacionado con la Iluminancia específica del punto (E).
Se expresa como, L = q × E,
donde, q es el coeficiente de luminancia en y depende de dos ángulos β y ɣ.
β es el ángulo entre el plano de incidencia de la luz (plano 1) y la observación del plano (plano 2).
Ɣ es el ángulo de incidencia en el plano 1.

Ahora,


como ryq son la función de dos ángulos β y ɣ, deberíamos escribir la ecuación como

¿Cómo calcular la iluminancia específica de un punto a partir del diagrama Iso-Lux de la farola?

El diagrama Iso-Lux es la distribución de iluminancia de la luminaria de alumbrado público en la calle o en la superficie de la carretera. El punto de máxima iluminancia se llama Punto Nadir. El nivel de iluminancia de otros puntos se da en valor porcentual con respecto a la E _max del punto Nadir. Supongamos que E _max en el nadir es 100 Lux, y en otro punto la iluminancia es 73 Lux, entonces este punto está marcado como 73% de E _max . Por lo tanto, todos los puntos con el 73% de E _max se unen para obtener el diagrama Iso-Lux para el 73% de E _max . Todas las curvas Iso-Lux se dibujan de esta manera. Haciendo el centro del punto nadir, se dibujan dos ejes a lo largo y ancho de la carretera.

Supongamos que tenemos el diagrama Iso-Lux de la farola.

Según el diagrama de muestra anterior de Iso-Lux, tenemos que dividir la dimensión de dos ejes a término con respecto a la altura de la luminaria (h).

Supongamos que en el punto P tenemos que calcular la iluminancia y ya tenemos el diagrama Iso-Lux de la luminaria.
Ahora averiguamos la coordenada de este punto P con respecto a la posición de la luminaria. Supongamos que este punto P está a h distancia de la luminaria 1 y a 2h de distancia de la luminaria 2 y a 0.8h de distancia del lado de la carretera de las luminarias 1 y 2.
Ahora tenemos que calcular la iluminancia en el punto P para cada luminaria una por una a partir de la Diagrama Iso-Lux.
Sea, la contribución de iluminancia de la luminaria 1 en el punto P es E _{P, 1} = x ₁ %,
La contribución de iluminancia de la luminaria 2 está en el punto P es E _{P, 2} = x ₂ %, la
contribución de iluminancia de la luminaria 3 está en el punto P es E _{P, 3} = x ₃ %,
Entonces, la iluminancia final en el punto P es

nuevamente E _max se calcula a partir de la ecuación recomendada por CIE, es decir,

el fabricante de la luminaria ya proporciona el valor de Φ. Entonces podemos obtener el valor de E _max y, por lo tanto, E _P en el punto P.

Deslumbramiento en el alumbrado público

El deslumbramiento es la incomodidad visual de los ojos humanos debido a un nivel inadecuado de distribución de luminancia de la luminaria para ver un objeto. El deslumbramiento se puede clasificar en dos tipos,

1. Deslumbramiento por discapacidad
2. Deslumbramiento incómodo

Deslumbramiento por discapacidad

El deslumbramiento por discapacidad hace que los ojos humanos se incapaciten para ver cualquier objeto por un momento. Por ejemplo, cuando miramos cualquier fuente brillante durante unos segundos y luego miramos cualquier objeto con poco brillo, nos volvemos incapaces de ver este objeto correctamente, más bien vemos una mancha negra algunas veces. Este es un tipo de ceguera momentánea.

El deslumbramiento por discapacidad se mide en el valor de incremento del umbral. Con la ayuda de la distribución luminosa de una luminaria y utilizando el nomograma se puede determinar el incremento de umbral de una instalación de luminaria.
El nomograma es una representación gráfica de la fórmula para la luminancia de velo equivalente; El valor de incremento del umbral está representado por T _I y se calcula en porcentaje.
Se define como

Donde, L _V es la luminancia del velo y L _avg es la luminancia promedio del objeto o la superficie de la carretera. Donde, L _V es la luminancia del velo y L _avg es la luminancia promedio del objeto o la superficie de la carretera.

Deslumbramiento incómodo

El deslumbramiento incómodo no es la causa de la ceguera momentánea como el deslumbramiento por discapacidad, pero es responsable de afectar la visibilidad de los ojos humanos hasta cierto punto durante mucho tiempo. Este tipo de deslumbramiento depende de la instalación de la luminaria. Si la luminancia está en un valor más alto, los ojos humanos no pueden observar correctamente el objeto con una luminancia más baja más allá de esta luminancia más alta. El deslumbramiento incómodo se calcula en términos logarítmicos. Si tenemos el índice de luminaria específico (SLI) de una luminaria, podemos calcular fácilmente este deslumbramiento incómodo de esa luminaria. SLI son las características de distribución de luz de la luminaria.

Se indica con la marca de control de deslumbramiento (G). Para el alumbrado público, la marca de control de deslumbramiento incómodo viene dada por:

Donde,
SLI = índice de luminaria específico,
L _avg = luminancia promedio de la superficie de la calzada (cd / m ² )
h ‘= altura de montaje reducida (m).
p = número de luminarias por kilómetro.
SLI se calcula en términos de valor logarítmico.

Donde,
I ₈₀ e I ₈₈ son la intensidad luminosa (cd) a lo largo de las direcciones verticales hacia abajo en la vertical paralela al eje de la carretera, corresponden al ángulo de 80 grados y 88 grados respectivamente.
F es el área aparente de emisión de luz (m ² ) de la luminaria vista en un ángulo ɣ = 76 grados con la vertical descendente.
C es el factor de color según el SPD de la lámpara eléctrica utilizada. Para lámpara de sodio de baja presión C = 0.4 y C = 0 para todas las demás lámparas blancas.
Cuando SLI <2, el control del deslumbramiento es limitado. Cuando 2 ≤ SLI ≤ 4, el control del deslumbramiento es moderado. Cuando SLI> 4, el control del deslumbramiento es alto.
Un valor más alto de SLI significa menos posibilidades de crear un deslumbramiento incómodo.

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JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator

Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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winaycirculo@gmail.com